技术
CFB锅炉作为20世纪70年代发展起来的一种高效的洁净煤燃烧技术,以其低温流化燃烧､物料循环反复､二次风分段送风的特点,具有优越的调峰经济性､良好的煤种适应性､高效的劣质燃料燃烧效率､优良的环保性能(氮氧化物排放低､低成本石灰石炉内脱硫)和较高的灰渣综合利用价值,近年来在国内外得到迅速的发展,成为中小型热电厂和燃烧劣质燃料电厂的首选炉型｡
在循环流化床锅炉运行中,基本上都是在保证床料良好流化的基础上,通过调整二次风量来调节风煤配比､一二次风配比和上下二次风配比,有效地控制炉内燃烧份额和物料混合,改善传热强度和穿透能力,优化炉膛内温度和物料分布,从而达到调整锅炉负荷､提高效率的目的,还可有效降低NOx､SO2､CO等污染物的排放质量浓度｡
为此,从NOx生成机理和优化锅炉结构等方面,对燃烧福建无烟煤的中温旋风分离CFB锅炉增设一层二次风､形成上中下三层二次风的低氮燃烧改造,以降低NOx原始排放质量浓度｡笔者介绍了2台燃烧福建无烟煤的中温旋风分离CFB锅炉低氮燃烧改造内容及其效果,为其他锅炉改造提供工业应用的借鉴｡
1 改造前设备状况及分析
1.1 中温旋风分离CFB锅炉现状
拟改造的2台中温旋风分离CFB锅炉是某锅炉制造厂为燃用福建无烟煤而设计的中温中压参数､DG75/3.82-11型CFB锅炉,采用“高炉膛､低烟速､高炉膛燃烧温度､中温旋风绝热分离､中物料循环倍率”设计方案,分别于2000年4月和2001年9月投运｡截止到2014年底,2台锅炉累计运行时间分别为107942h和98063h｡
图1为CFB锅炉简图｡
为增强二次风的穿透性和扰动性,该CFB锅炉前后墙的水冷壁以标高11.787m处为拐点(见图1),以上是竖直布置,以下呈倒锥形布置,炉膛横截面(以水冷壁管中心计算)由4.645m×5.905m缩小到布风板(标高4.70m)截面2.470m×5.905m｡额定工况下,布风板处设计烟速为3.8m/s,实际运行烟速为3.5~4.0m/s;上二次风口以上的炉膛设计烟速为4.0m/s,实际运行速度为3.5~4.5m/s;设计物料循环倍率为18.22,实际物料循环倍率为15~20｡该锅炉采用分级燃烧技术,燃烧空气包括一次风､二次风和播煤风,其中约占总风量55%的热一次风分成左､右两股,从炉底等压水冷风室经过风帽进入燃烧室密相区,约占总风量37%的二次风分为下层(喷嘴中心标高7.14m)､上层(喷嘴中心标高10.80m),通过布置在前后墙上的32个喷嘴(每层16个,前后墙各8个,对称布置,喷嘴截面为110mm×60mm)从高速射入炉膛;约占总风量8%的播煤风(来自热一次风,经过增压风机加压)从落煤管(单侧前墙给煤方式,2个给煤口,中心标高6.53m)进入炉膛｡锅炉主要设计参数见表1,主要运行参数见表2｡
1.2 影响NOx排放质量浓度的因素分析
1.2.1生成机理的影响
(1)燃煤中含有N,燃烧过程中燃料N､空气N与氧气在合适环境下生成NO,且氧化性气氛越强,NO生成量越多｡所以仅可在燃烧过程控制NOx生成量,但无法避免NOx生成｡
(2)由于该锅炉采用炉前集中给煤,尽管给入的福建无烟煤仅占床料总量的5%左右,并在流化状态下立即与炽热的床料进行混合,但因空气与给煤分配的比例不均和底部燃烧还不够强烈,燃烧室底部具有较高的氧浓度,局部氧化性气氛下致使NO大量生成｡CFB锅炉中燃料型NOx是其生成NOx的主要组成部分,其含量超过95%｡
1.2.2锅炉结构的影响
(1)2台CFB锅炉下二次风喷嘴中心(标高7.14m)距离布风板(标高4.70m)为2.44m,距离回料口(标高5.56m)只有1.58m｡该区域属于燃烧室密相区,物料浓度较大,下二次风的扰动､混合作用有限｡
(2)落煤管中心(标高6.53m)与下二次风喷嘴中心(标高7.14m)的距离只有0.61m,约占总风量8%的播煤风从落煤管进入炉膛,补充部分氧量,消弱了还原气氛,不利于NO分解｡1.2.3运行参数的影响
工业热态试验证明:NO x排放质量浓度随空气过量系数λ增加而明显增加,且增加速率逐渐减小;NOx排放质量浓度随二次风率β的增加而明显下降,且降低速率逐渐减小;NOx排放质量浓度随着上二次风率k增加而呈现先明显下降,再逐渐减小至平缓,最后略微上升的趋势,表现为开口向上的抛物线;通过优化运行参数和调整一二次风配比､上下二次风配比,可从源头上降低NOx生成量和排放量,控制原始NOx排放质量浓度在180mg/m3(干基,6%O2 )左右｡
2 低氮燃烧改造方案分析
为从源头上降低NOx生成量,在优化运行燃烧和调整二次风比的基础上,以多次工业试验数据为依据,从NOx生成机理和优化锅炉结构方面着手,采用提高下二次风喷口高度
