廣東黃埔發(fā)電廠300MW機組空氣分級燃燒技術(shù)應用
摘要:針時廣東粵華發(fā)電有限責任公司(以下簡稱黃埔發(fā)電廠)300MW機組氮氧化物排放濃度高的問題,，采用軸向空氣分級和徑向空氣分級的空氣分級燃燒技術(shù)對鍋爐燃燒系統(tǒng)進行了改造,。改造后，氮氧化物排放的質(zhì)量濃度由改造前的600mg/m3降至437.5mg/m3(標準狀態(tài)下),，已達到GB13223一2003 《火電廠大氣污染物排放標準》對該類型鍋爐氮氧化物排放的要求,。此外，改造對防止爐膛出口產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)殘余,、防止鍋爐水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕也有幫助,。
關(guān)鍵詞:鍋爐,低氮燃燒,改造,空氣分級燃燒技術(shù)
氮氧化物(NOx)是燃煤電廠排放的主要污染物之一，2003年12月頒布的新的GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標準》對我國火電廠機組的NOx二排放標準做出了新的規(guī)定:對燃用揮發(fā)分大于20%煤種的固態(tài)排渣燃煤鍋爐,，要求其NOx的最高允許排放的質(zhì)量濃度低于45Omg/m3(在標準狀態(tài)下,，其氧的質(zhì)量分數(shù)為6%)。為響應國家節(jié)能減排政策,，適應今后日益嚴格的環(huán)保排放要求,，火電廠必須采取有效措施降低NOx的排放濃度。
2007 年4一6月,，利用黃埔發(fā)電廠6號鍋爐大修機會,，采用空氣分級燃燒技術(shù)對燃燒系統(tǒng)進行了改造。改造后NOx排放的質(zhì)量濃度由改造前的600mg/m3降至437.smg/耐(標準狀態(tài)下),，已達到GB13223一2003《電廠大氣污染物排放標準》對該類型鍋爐NOx排放的要求,，改造效果明顯。
1 改造前的燃燒系統(tǒng)
黃埔發(fā)電廠6號鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-1025/16.7一M313UP型300MW 直流燃煤鍋爐,，采用鋼球磨中間儲倉式制粉系統(tǒng),，熱風送粉。燃燒器為直流式四角布置切圓燃燒,，每組燃燒器設(shè)有五層一次風和七層二次風,，一次風、二次風間隔布置,，制粉乏氣做為三次風在燃燒器上部從前后墻送人爐膛(分兩層,，共八個噴口)。一次風,、二次風切圓采用雙切圓布置,，切圓直徑為1182 mm和731mm。三次風切圓也為雙切圓布置，切圓直徑為693mm和749mm,。6號鍋爐改造前的燃燒器噴口布置見圖1,，設(shè)計配風見表1。
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1.1 空氣分級燃燒技術(shù)
目前,，降低燃煤鍋爐NOx排放的燃燒技術(shù)主要有低NOx燃燒,、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒及尾部煙氣再循環(huán)等,，其中,，空氣分級燃燒是一種有效的低NOx燃燒技術(shù)。根據(jù)西安熱工研究院對中國21個電廠的51 臺鍋爐NOx排放量的調(diào)查,，采用空氣分級燃燒,，鍋爐燃用煙煤、褐煤時基本可以達到國家排放標準,。
空氣分級燃燒的基本思想:
a) 降低主燃燒區(qū)域的氧氣濃度，進行亞化學當量的缺氧燃燒,，以抑制煤粉燃燒過程NOx的形成,。因為燃料在缺氧條件下燃燒，燃燒速度和燃燒溫度降低,，熱力NOx就會減少,，燃料中釋放的含氮中間產(chǎn)物HCN，NH3等也會將NO還原分解成N2,，從而抑制燃料NO的生成,。
b) 在爐墻附近及爐膛卜部增大氧氣濃度，進行過化學當量的富氧燃燒,，以促進煤粉的完全燃燒,。
空氣分級燃燒分為軸向空氣分級燃燒和徑向空氣分級燃燒。軸向空氣分級燃燒沿爐膛垂直方向?qū)嵤┓旨壦惋L,，把一部分二次風由主燃燒區(qū)分流到爐膛上方的燃盡區(qū);徑向空氣分級燃燒是在與煙氣垂直的爐膛斷面上組織分級燃燒,，通過二次風射流部分偏向爐墻來實現(xiàn)。
黃埔發(fā)電廠6號鍋爐為固態(tài)排渣燃煤鍋爐,，燃用煤揮發(fā)分為26%左右,。改造前排放的NOx質(zhì)量濃度為600mg/m3(標準狀態(tài)下)，遠高于GB13223一2003《火電廠大氣污染物排放標準》對該類鍋爐燃燒Nox排放的要求(小于450mg/m3),。因此,，為了有效降低NOx的排放濃度，綜合運用了軸向和徑向空氣分級燃燒技術(shù)進行改造,。
1.2 軸向空氣分級燃燒改造
1.2.1燃燒器整體布局
下部主燃燒區(qū)基本格局不變,，即各一次風標高、二次風標高和三次風標高均不改變。為實現(xiàn)軸向空氣分級,，將部分二次風由主燃燒區(qū)分流到爐膛上方的燃盡區(qū),，通過專門管路從水平二次風箱引出，在三次風上部區(qū)域形成分離布置燃盡風(SOFA),。SOFA采取三層布置,，而最上層的HH層二次風(見圖1)作為緊靠型燃盡風(CCOFA)。
1.2.2 燃燒系統(tǒng)設(shè)計配風
SOFA 風量的選取占總風量的20%;CCOFA風量占總風量的5.5%;一次風采用小風率設(shè)計,，取22%;三次風率維持不變,，取19%。6號鍋爐改造后配風設(shè)計見表2,，其中二次風的風量又分為SOFA,，CCOFA和周界風及其余二次風。
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1.2.3 燃燒器設(shè)計計算
由于部分二次風被引出形成SOFA,，為了保證二次風噴口的風速和二次風風箱壓力,，二次風噴口面積需減少。新增的SOFA噴口及其它噴口面積也需要確定,。經(jīng)設(shè)計計算鬧,，各燃燒器噴口尺寸選定見表3。
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1.2.4 SOFA噴口高度方向的位置確定
SOFA 噴口高度方向的位置對NOx的降低有很大的影響,，SOFA噴口高度方向的中心線距燃燒器最上層噴口(上三次風)中心線高度h的推薦值由公式h=1.5(Vr/10)確定,，6號鍋爐燃用煤的揮發(fā)分為26%左右，因此h為2.4m,，SOFA中心線標高應取29.9m,。但現(xiàn)場安裝需繞開鋼梁等障礙物，最終確定SOFA中心線標高31.7m,，整個SOFA風箱布置在兩層鋼梁之間,，即30.8-32.6m，SOFA中心線距離最上層三次風中心線為4.Zm,。
1.3 徑向空氣分級燃燒改造
將部分二次風改造為偏轉(zhuǎn)二次風,，在徑向形成空氣分級，以延緩煤粉與二次風的混合,，抑制NOx的生成,，同時通過偏轉(zhuǎn)二次風在水冷壁面附近形成一層風膜，以防止水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕的發(fā)生,。典型的偏轉(zhuǎn)二次風系統(tǒng)爐內(nèi)布置見圖2,。
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從圖2可知，一次風切角不變,，仍采用反切(逆時針方向)5°,。AA層二次風仍維持不變,，為直吹風;B，E,，H層二次風改為正切3°;CD層,、FG層二次風改為正切9°;為控制爐膛出口扭轉(zhuǎn)殘余，HH層改為反切7.5°,。SOFA噴口設(shè)計成具有上下和水平擺動功能,，從而可以調(diào)整燃盡風穿透深度和混合效果，并有效防止爐膛出口過大的扭轉(zhuǎn)殘余,。
改造后燃燒器噴口布置見圖3,。
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2 改造效果
為檢驗低氮燃燒改造后的效果，2007年7月2日進行了6號鍋爐NOx排放濃度的檢測,。在空氣預熱器前水平煙道處抽取煙氣,，送人KANE940煙氣成分分析儀，測試煙氣中O2和NOx的質(zhì)量分數(shù),。檢測在3臺磨煤機運行的工況下進行,。檢測結(jié)果:NOx的排放濃度為437.5mg/m3(標準狀態(tài)下，其氧的質(zhì)量分數(shù)為6%),，滿足GB13223一2003《火電廠大氣污染物排放標準》對該類鍋爐NOx排放要求,。與改造前NOx排放濃度600mg/m3(標準狀態(tài)下)相比，質(zhì)量濃度降幅度超過25%,，改造效果明顯。
3 結(jié)論
a) 綜合采用軸向空氣分級和徑向空氣分級的空氣分級燃燒技術(shù),，對鍋爐燃燒系統(tǒng)進行了改造,。改造后NOx排放的質(zhì)量濃度由改造前的以600mg/m3下降至437.5mg/m3(標準狀態(tài)下)，達到GB13223一2003 《火電廠大氣污染物排放標準》對該類型鍋爐NOx排放的要求,，改造效果明顯,。
b) SOFA噴口設(shè)計成具有上下和水平擺動功能，因此,，在降低NO二排放的同時,，能有效防止爐膛出口產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)殘余。
c) 采用偏轉(zhuǎn)二次風,，在抑制NOx排放的同時,，對防止鍋爐水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕有幫助。
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