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220t/h燃煤锅炉低NOx燃烧系统优化
发布时间：2013-09-06 08:28 来源：未知
1、锅炉概况
为响应国家节能减排号召，广州发电厂有限公司于2010年7月对5台220 t/h燃煤锅炉实施了低NOx燃烧技术改造，改造后收到很好的效果，锅炉NO，排放质量浓度明显降低。但也相继出现了一些影响锅炉运行的问题，如三次风喷口烧毁、对流烟道入口结渣、冷灰斗结渣，影响了锅炉正常安全运行。另外，在2台磨煤机运行时锅炉NO。排放质量浓度偏高，选择性催化还原(SCR)反应器前的NOx质量浓度一般高于350 mg/m3，单台磨煤机运行时在310mg／m3左右。为此对锅炉燃烧器改造后存在的问题进行了研究。
2、双尺度燃烧技术
220t／h燃煤锅炉改造采用烟台龙源电力技术股份有限公司的双尺度燃烧技术，它是一种低NO，燃烧技术，同时兼顾防结渣及锅炉效率，煤种适应性更宽。
双尺度燃烧技术简单讲是炉内燃烧过程的空间尺度与过程尺度全方位优化的复合燃烧技术：空间尺度是将炉内燃烧的三维空间在水平方向上分为近壁区和中心区两个区域，并在垂直方向上分为两个氧化还原区；过程尺度强调的是炉内燃烧过量空气系数口分布的差异化，使整个炉内的燃烧由集中扩散燃烧向分散、还原扩散燃烧方向转化，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
2.1纵向三区布置
在主燃烧器上方合适位置引入适量的燃尽风（总风量20%-30%），燃尽风采用多喷口多角度射入。炉膛沿高度方向从下至上形成三大区域，分别为主燃烧区（总风量的70%～80%）、还原脱氮区和燃尽区（见图1）。由于有较大燃尽风量的存在，在主燃烧器区氧化、还原反应交替进行：氧化有助于煤粉初期燃烧，升高炉温，促进煤粉燃尽，但会产生较多的NOx；还原可以使产生的NO，得到初步还原，在燃烧初始时就使其得到抑制。在还原脱氮区内已生成的NO，得到充分还原。燃尽区内的燃尽风将作为二次风及时补充进来，促进焦炭最后燃尽。通过纵向三区布置，形成纵向空气分级，NOx将得到极大抑制，飞灰可燃物质量分数也会得到控制。
由于实现纵向空气分级，燃烧器区域相对地有所扩大，其热负荷降低，炉内温度峰值降低，可以减少或消除热力型NOx产生。
2.2横向双区布置
对炉内射流进行重新调整，将原有一、二次风同轴射流分别改为在炉内形成直径为300 mm顺时针假想切圆的一次风射流，和在炉内形成直径为608 mm逆时针假想切圆的二次风射流；一、二次射流偏角较小，只有3°～5°。两层一次风之间还布置贴壁风喷口，形成横向空气分级，见图2。这种横向布置，可使燃烧初始的二次风不会过早混合进一次风内，形成缺氧燃烧，在火焰内就进行NO，还原，抑制NO，产生。在火焰末端，二次风再及时混合进来，使缺氧燃烧时产生的焦炭再燃烧。横向空气分级与纵向空气分级一起形成整个空间的空气分级。
3、存在问题
该锅炉制粉系统为中间储仓式制粉系统，送粉方式为热风送粉，甲制粉系统的乏气通过乙、丁燃烧器三次风送入炉膛，乙制粉系统的乏气通过甲、丙燃烧器三次风送人炉膛。改造前燃烧器的布置从上到下依次分别为上燃尽风、下燃尽风、上三次风、下三次风、上二次风、上一次风、中二次风、下一次风和下二次风，见图3。双尺度燃烧技术在没有三次风的锅炉上采用都很成功，出现下述问题都和三次风量较大有关。
3.1冷灰斗结渣问题
一般来说，要满足送粉需要，一次风率不能太低。如果燃煤水分再偏大，为了保证通风能力，三次风率会高于设计值；在总风量不变的情况下，二次风率会明显减少。在此情况下如果采用过大的空气分级，燃尽风加大时一定会造成主燃烧器区域缺氧，二次风量会相应地减少，燃烧受到抑制。下二次风率的降低使其托粉能力变差，未燃尽的颗粒就会掉到冷灰斗区域燃烧，因此造成此处结渣。
3.2三次风喷口烧坏问题
由于主燃烧区氧量不够，造成燃料不完全燃烧，其他未能燃烧的煤粉颗粒随气流上升到三次风区域，与三次风强烈混合，并开始剧烈燃烧，此区域温度迅速升高，三次风喷口附近容易发生局部结渣，且三次风喷口采用大钝体，卷吸烟气能力强，因此易烧坏三次风喷口。
3.3屏区结渣问题
此问题主要和电厂目前燃用水分大、易结渣的煤有关。燃尽风全关（无分级燃烧）的情况下，主燃烧器区域不会存在缺风现象，燃烧强度加强，局部温度过高，且燃煤灰熔点低，水冷壁易结渣，水冷壁吸热量减少，炉膛温度升高，炉膛出口烟温相应升高，熔融的灰粒子粘到屏式过热器上造成结渣。
3.4 NOx排放质量浓度高的问题
由于有大量的三次风，又不可能分出过多的二次风作为燃尽风使用，空气分级抑制NOx生成的作用就会受到影响；同时大量的三次风都布置在主燃烧器上端，直接进入还原区，还原区的高温低氧环境受到破坏，使还原区域的氧量增加，温度降低，NOx在区域内被还原的能力变差，NO。排放质量浓度增高。
综上所述，锅炉目前存在的问题和煤种及三次风量偏大有关，特别是三次风的存在影响了空气分级燃烧的建立，导致锅炉结渣、NOx排放浓度高等问题发生。
4、改造方案
为了更好地实现空气分级燃烧，必须解决实际二次风率偏低、三次风率偏高的问题，保证主燃烧器区域有足够的二次风，同时保证有足够的燃尽风，因此提出以下三次风改造方案，更换现有的三次风组件，并采用没有钝体的圆形喷口。
在三次风管道上加装分离器，将三次风分离成浓、淡两股：淡股作为燃尽风引到燃尽风下层喷口内，补充燃尽风不足问题，同时主燃烧器区
域二次风量也能得到保证；浓股三次风仍布置在原三次风位置上，保证这部分三次风有足够的燃尽高度，见图4。
三次风本身带粉少，煤粉颗粒细，分离存在很大难度，必须改进分离器才能达到目的。为预测该浓淡分离器分离效果，对此分离器进行了数值模拟，分离器效果见表1。
从表1可以看出：分离器浓、淡股速度低，但淡股用作燃尽风，其速度是可以接受的；浓淡比达到了2. 33，更多的煤粉留在了浓股，不会产生飞灰可燃物质量分数升高和炉膛出口烟温升高。模拟结果还表明：该型分离器阻力并不太高，约为292 Pa，排粉机容量有足够裕度。
根据分离器性能参数，对燃烧器进行了新的改造，在三次风上升总管直段上安装三次风分离器，浓股气流仍然进入原三次风燃烧器喷口，淡股气流上提到原下燃尽风喷口标高处，保留上燃尽风喷口，拆除下燃尽风喷口。改造后燃烧器的布置从上到下依次为上燃尽风、淡股三次风、浓股三次风、上二次风、上一次风、中二次风、下一次风和下二次风。这样，一层淡股三次风和一层燃尽风共同形成燃尽风。为保证燃尽风区域煤粉充分燃尽，将三次风喷口下倾8。布置。
5、结语
改造后锅炉运行正常，下二次风托粉能力增强，没有出现未燃尽的煤粉颗粒掉到冷灰斗区域燃烧及结大焦问题，灰斗结渣得到改善；分级燃烧后燃烧器区域热负荷降低，三次风喷口燃烧火焰靠后，没有出现结焦及喷口烧坏现象；炉膛出口烟温降低，停炉后检查屏式过热器比较干净，没有结焦现象；在2台磨煤机运行时，SCR反应器前锅炉NO。质量浓度降低，一般为260 mg／m3，在单台磨煤机运行时，NO，质量浓度一般为210 mg/m3。低NOx燃烧系统优化改造后，全面解决了锅炉运行中现存的主要问题，富通新能源不但生产销售生物质锅炉，而且还大量销售生物质锅炉燃烧专用的生物质颗粒燃料。
