独家 | 300MW CFB锅炉NOx初始排放､锅炉效率 及厂用电耗的研究

循环流化床锅炉是近30年发展起来的一种新型清洁煤燃烧技术,在清洁燃烧特别是燃用劣质煤方面具有污染物排放低､燃料适应性广､调峰能力强和燃烧效率高等优点,具有很好的节能和环保效能,目前在火电行业内,循环流化床得到越来越广泛的应用｡

但在CFB锅炉飞速发展的同时也存在许多不足:如与煤粉炉相比运行成本较高,维护量大,锅炉风机电耗大,厂用电率高等问题｡因此,大型CFB锅炉运行经济性研究具有非常重要的意义｡

山西国峰煤电有限责任公司地处山西省汾阳市｡建设规模为2×300MW亚临界直接空冷供热机组,配置锅炉是以山西国峰煤电有限责任公司与清华大学､东方锅炉厂联合研发的低床温､低床压燃烧技术为基础设计､制造的东锅第三代循环流化床首台锅炉｡锅炉为单汽包､自然循环､循环流化床燃烧方式,锅炉主要由1个膜式水冷壁炉膛,3台汽冷式旋风分离器和1个由汽冷式包墙包覆的尾部竖井(HRA)3部分组成,锅炉炉膛内前墙布置有6片中温过热器管屏､6片高温过热器管屏､6片高温再热器管屏及1片水冷隔墙,后墙布置2片水冷蒸发屏｡

锅炉为单锅筒､自然循环､单炉膛､全悬吊､平衡通风,半露天布置｡锅炉共布置有8个给煤口,全部布置于炉前,在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置｡炉膛底部是由水冷壁管弯制围成的水冷风室,水冷风室两侧布置有一次热风道,进风型式为从风室两侧进风,采用四分仓内回转式空预器,一､二次风出口靠炉前方向,中间为一次风,两侧为二次风｡炉膛下部左右侧的一次风道内分别布置有两台点火燃烧器,炉膛密相区水冷壁前墙上设置了四支床上点火油枪,炉膛密相区水冷壁后墙上设置了两支床上点火油枪｡四个排渣口布置在炉膛后水冷壁下部,分别对应四台滚筒式冷渣器｡

炉膛与尾部竖井之间,布置有3台冷却式旋风分离器,其下部各布置1台“U”阀回料器,回料器为一分为二结构,保证了沿炉膛深度方向上回料的均匀性;尾部采用双烟道结构,前烟道布置有3组低温再热器,后烟道布置有4组低温过热器,向下前后烟道合成一个,在其中布置有两组H型鳍片管式省煤器和四分仓回转式空气预热器｡过热器系统中设有两级喷水减温器,再热器系统中布置有事故喷水减温器和微喷减温器｡

脱硫方式采用炉内喷钙脱硫+炉外烟气脱硫,炉外烟气脱硫采用循环流化床半干法脱硫除尘一体化工艺,炉内脱硫吸收剂采用石灰石,炉外脱硫吸收剂采用生石灰｡脱硝方式采用SNCR(选择性非催化还原法),还原剂采用尿素溶液｡

2.1 试验测点或采样点布置及所用设备

试验测点或采样点布置及所用设备见表2｡

2.2 氧量､排烟温度测量

在空预器出口截面,采用网格法测量氧量与排烟温度,并将测试值和DCS表盘显示值进行比对,给出偏差值｡在燃烧调整过程中,以截面上和平均烟温最接近的测点(两点或以上),作为截面氧量与烟温的代表点｡

2.3 烟气成分取样分析

采用单笛形管多点抽取烟气(单笛形管开孔按等截面布置),经滤网过滤后到分析仪,烟气分析采用TESTO335多组分烟气分析仪(可分析O2､SO2､NOx､CO)｡

2.4 煤､灰､渣样

试验期间,每半小时取煤､灰､渣样｡

在80%锅炉负荷下,分别改变锅炉的上下二次风配比､运行氧量､一二次风配比等锅炉相关参数｡观察锅炉燃烧及汽水系统各段温度,记录锅炉主要辅机电流,测量锅炉排烟温度､氧量､NOx和SO2,并同时进行煤质､飞灰和底渣取样,计算锅炉效率,综合考虑锅炉运行的安全性､经济性和污染物排放特性等,最终确定锅炉最佳运行方式｡

锅炉效率计算式:

下面结合现场实际运行情况,本文将锅炉上下二次风配比变化､运行氧量变化､一二次风比例变化三种情况分别进行了详细分析｡试验期间燃用煤质分析情况见表3｡

4.1 上下二次风配比变化对锅炉效率､主要辅机电耗及NOx生成的影响

在80%锅炉负荷下,我们在保持上二次风挡板开度100%不变的情况下,分别将下二次风挡板开度调整到30%､40%､60%､80%,每个开度下维持30分钟以上,记录相关参数,并进行飞灰､底渣取样｡试验期间记录数据见表4｡

    表4 锅炉上下二次风配比变化期间主要参数

由试验数据可以看出,在四个工况中,下二次风挡板开度在30%时,虽然锅炉辅机电流较大,但是NOx远远小于其它工况,且Q2和Q4两项损失和也较小,所以工况1为变上下二次风挡板运行最佳工况｡

4.2 氧量变化对锅炉效率､主要辅机电耗及NOx生成的影响

在80%锅炉负荷下,我们在维持总煤量和上下二次风挡板开度不变的情况下,分别将省煤器入口氧量调整到2.2%､2.62%､3.04%,每个氧量工况下保持30分钟以上,记录相关参数,并进行飞灰､底渣取样｡试验期间记录数据见表5｡

由试验数据可以看出,在三个工况下,NOx原始生成差距不大,在氧量2.2%时,锅炉主要辅机电流最低,Q2和Q4两项损失和也较小,所以工况5为变氧量运行最佳工况｡

4.3

一二次风比率变化对锅炉效率､主要辅机电耗及NOx生成的影响

在80%锅炉负荷下,我们在维持总风量不变的情况下,分别将一次风占比调整到48%､50%､55%,每个工况下维持30分钟以上,记录相关参数,并进行飞灰､底渣取样｡试验期间记录数据见表6｡

由试验数据可以看出,在三个工况中,当一次风占比50%时,NOx原始生成值不大,锅炉主要辅机电流最低,Q2和Q4两项损失和也较小,所以工况9为变一二次风比运行最佳工况｡

随着循环流化床锅炉技术的不断成熟,锅炉连续稳定运行周期的不断延长,锅炉如何经济性运行,变得尤为重要｡

本文详细分析了300MW循环流化床锅炉燃烧调整对锅炉效率､主要辅机电耗及NOx生成的影响｡从而确定锅炉的最佳运行方式,本次试验为东方锅炉300MW亚临界与350MW超临界CFB锅炉进一步优化设计和运行提供重要数据支持｡