北極星大氣網訊:0引言
為了改善大氣環境質量，國家出臺了一系列環保政策，GB13271《鍋爐大氣汙染物排放標準》於2014年頒布實施，對燃煤鍋爐的汙染物排放提出了更高的要求，需要達到 100mg /Nm³以下，特別是浙江省在 2018年頒布了DB33 /2147 -2018《燃煤電廠大氣汙染物排放標準》地方標準，對燃煤機組等提出了比國家標準更嚴格的超低排放要求，尤其是對NOx排放濃度進行了嚴格的控制，需要達到50mg/Nm³以下。寧波眾茂杭州灣熱電有限公司4號鍋爐於2007年12月投入使用，已不能滿足日益嚴格的環保排放要求，在2016 年對4號鍋爐進行了低氮燃燒技術改造。本文介紹了這臺鍋爐低氮燃燒改造的情況以及改造後的效果，該低氮燃燒技術方案並在其餘3臺鍋爐上得到了很好的應用。
1低氮燃燒技術改造
1.1鍋爐使用情況概述
寧波眾茂杭州灣熱電有限公司使用的4號鍋爐由無錫華光鍋爐股份有限公司製造，型號為UG - 130 /5.3- M5的次高溫次高壓循環流化床鍋爐，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環，全懸吊結構，全鋼架 П 型布置，設計煤種為煙煤。爐膛採用膜式水冷壁，鍋爐和煙道中間是絕熱式旋風分離器，尾部豎井煙道布置兩級三組對流過熱器，過熱器下方布置三組光管省煤器及一、二次風各三組空氣預熱器。環保設施配有一套石灰石爐內脫硫系統、一套SNCR脫硝系統、一套布袋除塵系統、一套爐外溼法脫硫系統。目前，鍋爐 NOx原始排放濃度約 350mg /Nm³，採用「SNCR「脫硝工藝進行脫硝 後，NOx排放濃度可控制在90350mg/Nm³左右，無法達到《燃煤電廠大氣汙染物排放標準》中 NOx規定的要求。因此，在2016年對該臺鍋爐進行了低氮燃燒技術改造。
1.2 低氮燃燒原理及影響因素
NOx主要來源於人類的活動，其中絕大部分來自燃料的燃燒，根據形成機理，可分為燃料型NOx、熱力型 NOx以及瞬時型NOx，其中瞬時型NOx產生的量很少，可忽略不計。循環流化床燃煤鍋爐產生的主要是燃料型 NOx，大約佔總 NOx的 75% ～ 90% ，其次是熱力型 NOx。燃料型 NOx的生成的反應過程和燃燒條件( 如溫度和氧氣)及各種成分的濃度密切相關。熱力型 NOx 生成的原理如下:
當燃燒區域溫度低於 1000℃ 時，NO的生成量較少，隨著溫度的升高，NOx的生成速度按指數規律增加，當溫度足夠高時熱力型 NOx可達20% 。因此，溫度對熱力型 NOx 的生成具有絕對性的作用，另外，空氣係數和煙氣停留時間對熱力型 NOx的生成也有很大影響。
根據上述分析，針對循環流化床鍋爐的運行特性，本次改造從爐膛溫度控制、高溫旋風分離器的分離效率，含氧量，床溫控制，分級燃燒，布風板布置，返料系統的優化等方面對4號鍋爐進行低氮燃燒技術改造。
1.3 改造內容
1.3.1增加爐膛受熱面
1)增加兩片水冷屏。在靠近前屛水冷壁處左右各布置一片水冷屏，從前屏水冷壁中部穿進爐膛然後向上，從爐膛頂棚管穿出，並從兩根集中下降管分別引出一根下降管連接到水冷屏下集箱，水冷屏下部迎煙氣衝刷2.5米範圍內澆注料敷設，將原來水冷壁上集箱至汽包的 12 根 直徑133 ×6 的聯絡管更換成 直徑194 × 10 的管子，其中兩根作為增加的水冷屏的聯絡管。通過增加爐膛內受熱面，運行過程中有利於降低爐膛溫度，減少 NOx的生成。
2)增加三片屏式過熱器。由於採用低氮燃燒，床溫和含氧量降低後鍋爐在低負荷運行時會影響主蒸汽的溫度，甚至會達不到設計的溫度，在靠近前屛水冷壁中間部位均勻布置三片屏式過熱器，過熱器管材質為 12Cr1MoVG，規格為直徑42 × 6，在管屏下部敷設澆注料。
通過增加爐膛內的受熱面，既能降低爐膛溫度，減少NOx的生成，又能保證鍋爐在低負荷運行時主蒸汽的溫度。
1.3.2分系統的優化改造
1)旋風分離器結構優化。將分離器進口寬度由原來的 1200mm 縮小到 900mm，通過計算，這樣煙氣速度可以由原來的 22m/s 提高到 27m/s，提高分離器的分離效率，有利於降低床溫和含氧量。
2)返料系統的優化。將原來的返料箱拆除，更換成新型的返料箱，返料箱風室隔成三部分，返料風分成三路獨立風，使返料風形成高壓頭小風量，提高返料的可靠性。同時，將返料口下移並向爐膛中間靠攏，這樣布置有利於返料的均勻性，使布風板同一平面處的溫度均勻性，減少床溫局部過高造成 NOx 生成量高的因素。
3)布風裝置的優化。經過床層冷態試驗發現，布風板上的床料顆粒度分布不是均勻的，呈現中間細，四周粗的狀態，為了保持整個床面流化風保持一致，對布風板及風帽進行了改造，風帽的開孔率呈中心部位小，向四周逐漸增大，使鍋爐在運行過程中流暢分布更均勻。
4) 二次風系統的優化。原來的二次風口離布風板高度僅有2米左右，造成還原區濃度不夠，分級燃燒不夠明顯，對二次風口進行了優化，保留原有的兩個風口，其他的風口改到離布風板 3.5米高度處，使得分級燃燒更加明顯。
5) 增加煙氣再循環系統。為保證低負荷時一次風氧氣不過量、降低 NOx 生成量，從引風機出口增設一根直徑720x8煙氣再循環管通往一次風機入口，用脫硫除塵後的低氧煙氣代替部分空氣，降低一次風氧含量，在保證床料充分流化的同時，控制一次風氧氣不過量，降低 NOx 生成量。
1.4 水汽系統的變化
由於增加了屏式過熱器，汽水系統的蒸汽流向發生了變化，原來是汽包→包牆過熱器→低溫過熱器→減溫器→高溫過熱器→集汽集箱，經過低氮燃燒改造後變成了汽包→包牆過熱器→低溫過熱器→一級減溫器→屏式過熱器→二級減溫器→高溫過熱器→集汽集箱。
2鍋爐運行試驗優化
2.1冷態試驗
2.1.1布風板均勻性試驗
在床料充分流化後，迅速關掉一次風機，床料自由下落、堆積，觀察床料表面平整，無明顯凹凸，表明布風板經改造優化後均勻性良好。
2.1.2冷態臨界沸騰風量的測量
根據料層與空板的阻力曲線等無法判斷最小流化風量，通過打開爐門用鉤耙在主床內鉤動，從手感上感覺沸騰效果，確定最小流化風量約為38000m³/h。
2.2運行參數調整
通過冷態試驗可以發現床料的均勻性得到了很大的改善，在不改變一次風量的情況下，通過調節新增二次風口的風量，優化了爐膛空氣分級燃燒，降低了 NOx 生成量; 另外，在低負荷情況下，通過調節煙氣再循環系統的引入一次風機的煙氣量，保持爐膛出口的 NOx不會大大提高，低氮燃燒技術改造後，床溫、爐膛出口溫度等參數有了明顯的變化。
3改造後的效果分析
3.1 運行參數
鍋爐經低氮燃燒改造後，最大出力可達到150t/h，與原設計最大出力一致，在30~110%額定負荷內能穩定燃燒，並且在較低負荷時，主蒸汽溫度能達到規定的溫度，改造後運行兩年時間以來，水冷壁管子磨損大大較少。
3.2 NOx排放效果
鍋爐經低氮燃燒改造後，爐膛出口的NOx生成量比改造前大大降低。目前，鍋爐經過近兩年時間的運行，結合「SNCR」脫硝工藝進行脫硝後，最終NOx排放濃度可控制在 50mg /Nm³以下的超低排放要求。
4總結
1) 該鍋爐通過增加鍋爐爐膛內受熱面，優化旋風分離器結構、返料系統、布風裝置，調整二次風系統風口布置，增加煙氣再循環系統等措施，鍋爐各項性能指標均能達到預期要求，並且以往存在的水冷壁磨損問題得到了很大的改善。
2) 低氮燃燒改造後，在額定負荷下，爐膛出口 NOx 排放質量濃度從 350mg /Nm³降 至 100mg/Nm³以下，效果接近原來的最終 NOx排放濃度，優於預期效果;經SNCR脫硝後，最終排放濃度能達到 50mg /Nm³以下，運行穩定時甚至能達到 30mg /Nm3，氨逃逸量控制在 8mg /Nm³以內。
3) 針對原來 CO 排放指標偏高的現象，通過合理選擇再循環煙氣量，旋風分離器圓柱段增加補燃噴嘴，從一次熱風風道接入一次風，與高溫煙氣混合，使煙氣中 CO 燃盡，從而有效的降低了CO 排放指標; 另外，通過燃料消耗量與產生的蒸汽量計算，改造後鍋爐熱效率並未降低，熱效率與環保得到了很好的平衡。
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