300MW锅炉低氮燃烧调整

学术论文 2018-07-10 08:20:08
  0 引言 
  氮氧化物(NOx)是燃煤电厂排放的主要污染物之一,2003年12月颁布的新《GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准》,对我国火电厂机组的NOx排放标准做出了新的规定: 对燃用挥发分大于20%煤种的固态排渣燃煤锅炉, 要求其NOx的最高允许排放的质量浓度低于450mg/m3(在标准状态下,其氧的质量分数为6%)。为响应国家节能减排政策, 适应今后日益严格的环保排放要求,火电厂必须采取有效措施降低NOx的排放浓度。 
  低氮燃烧技术是空气分级燃烧技术,其主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行,该技术是减少煤粉燃烧区域的空气量,提高燃烧区域的煤粉浓度,推迟一、二次风的混合时间,这样煤粉进入炉膛时形成了一个中心富燃料,煤粉燃烧初期缺氧燃烧,降低NOx的生成。另外,在炉膛上方设计有燃尽风,约占总风量25%左右,缺氧燃烧产生的烟气与燃尽风混合,使燃料完全燃烧[1]。 
  氮氧化物是大气中最主要污染物之一,其中占比例最大的为一氧化氮和二氧化氮[2]。氮氧化物不仅是导致光化学烟雾污染、破坏大气臭氧层的主要物质之一;还会在大气中与水分相结合生成酸雨,污染河流、腐蚀机械设备和建筑物、导致农作物大量减产,给生态环境和工农业生产带来非常大的损失。 
  1 300MW锅炉低氮燃烧现状分析 
  火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)要求新建机组NOx排放低于100 mg/Nm3。目前,电站锅炉大多采用低NOx燃烧技术+烟气脱硝方式降低NOx的排放,但低NOx燃烧技术又存在不同,NOx排放浓度差别也很大。如果低NOx燃烧器性能优良,降低NOx排放水平较高,这样将减少尾部烟道烟气脱硝装置的压力,减少液氨喷入量和催化剂层数,为电厂节省脱硝运行成本,提高经济效益[3]。 
  300MW机组是我国当前电厂的主力机组,进行优化燃烧试验,对提高锅炉效率,改善经济性和安全性具有重要意义。当前我国的主要一次能源仍然是煤炭,我国能源消费总量的60%以上是煤炭,消耗的煤炭中又有50%是燃煤电厂消耗的,并且这一趋势将会保持相当长的一段时期。我国2005年全年NOx的排放量为19.1×106吨,与其他国家和地区相比,我国大气环境中的氮氧化物浓度远远高出,其中燃煤电厂排放的氮氧化物量占总排放量的43%。随着火电机组和发电量的不断增加氮氧化物的排放也在迅速增加,2007年我国火力发电厂排放的氮氧化物量约为840万吨,占全国总的排放量的35%。我国对NOX排放的控制总体上还处于起步阶段。“十二五”开始,我国政府高度重视氮氧化物控制工作,国家环保部于2011年7月发布了《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2011)中,氮氧化物排放限值从450mg/m3降100mg/m3(新建机组)和200mg/m3(在役机组),2011年3月十一届全国人大四次会议表决通过了《我国国民经济和社会发展“十二五”规划纲要》,《纲要》对氮氧化物的排放提出了明确的约束性指标,即减排10%,可见氮氧化物的控制工作势在必行。 
  2 300MW锅炉低氮燃烧发展趋势 
  随着人们环保意识的不断提高,国家环保法律法规的逐渐完善,氮氧化物污染正逐渐引起大家的高度重视。随着国家环保法规的不断完善,人们环保意识也越来越提高,NOX的排放也引起了社会和企业的重视。作为火电厂的主要污染物之一的 NOX正逐渐引起社会和企业的高度重视。“十二五”期间,为进一步深化电力行业二氧化硫治理,大力推进电力行业氮氧化物控制,《重点区域大气污染防治规划(2011-2015年)》明确提出燃煤机组要加快低氮燃烧技术改造及脱硝设施建设,单机容量20万千瓦及以上的现役燃煤机组全部配套脱硝设施,脱硝效率达到85%以上,综合脱硝效率达到70%以上。为了完成“十二五”规划纲要中氮氧化物降低排放10%的总体目标,2011年对《火电厂大气污染物排放标准》进行了修订,要求截止至 2015 年国内已运行和新建火力发电机组要全部安装烟气脱硝设施。由此可见,我国仍然面临着非常严峻的NOX排放控制形势。 
  3 300MW锅炉低氮燃烧调整措施 
  锅炉低氮燃烧器改造完成后,在锅炉运行方面对一些参数进行了优化试验,在降低NOx排放同时,保证锅炉效率不降低。 
  3.1 空气系数的优化 
  炉脸出口的过量空气系数可以衡量炉内空气量的多少。 
  3.2 一次风量优化 
  一次风速的大小不仅直接影响煤粉的输送,而且对锅炉燃烧过程中的热态空气动力场、煤粉着火时间及煤粉的燃尽都有很大的影响。综合各种因素,一次风目管压力控制在2.0-2.2kPa。 
  3.3 二次风量优化 
  二次风速过高,炉内扰动过大,从而降低燃烧的稳定性或引起水冷壁区域结焦;二次风速过低,不能提供足够的风量,容易造成燃烧不完全,使锅炉运行的经济性降低。另一方面,各层二次风量的分配直接决定了燃烧过程产生的NOx数量,合理的配风不仅能够使锅炉燃烧完全,而且使NOx保持在较低的水平。二次风配风优化调整试验就是按照锅炉实'际燃用的煤种,通过试验找出各二次风门开度的合理值,确定合理的二次风配比。 
  3.3.1 运行方式说明 
  (1)运行方式与稳燃效果 
  运行方式属于双尺度优化配风方式,试验过程表明燃烧稳定,火检稳定运行氧量过大及过小均不好,较小的合适氧量燃烧效果好,实际测试氧量6%-9%,降低氧量时,发现同一负荷主汽压力升高,表明较小氧量燃烧效果好。   (2)运行方式与防结焦效果 
  按照上文提供的运行方式,具有防止结焦效果,按此方式运行一段时间,发现碎渣机电流减小,电流为16.3-17.2A,常规运行方式碎渣机电流在17.6~18.3A左右;按照常规运行方式,空预器进口烟温在38℃左右,采用上文运行方式,空预器进口烟温为36℃左右,表明防结渣效果明显。 
  (3)运行方式与排烟温度 
  上文提供的运行方式具有防结焦功能,主燃烧器区域水冷壁吸热能力增强,火焰中心下移,从而抵消低氮燃烧方式带来的火焰中心上移引起的排烟温度升高。调试期间,按照本厂常规运行方式,空预器进口烟温在38℃左右,?用上文配风方式,空预器进口烟温为36℃左右,烟气温度没有上升反而下降。 
  3.3.2 二次风箱压差说明 
  二次风箱压差是一个全压参数,是风箱的静压和动压之和,通过关小风门提高二次风箱压差是增大了风门节流阻力,静压增大,从而二次风箱压差增大,但用来输送风的动压没有增大。因此二次风箱压差小,不代表风量和二次风速就小,控制好运行氧量就能控制好风量和二次风速;所谓的“刚性”不是二次风箱压差决定的,而是运行氧量即风量所决定的,描述刚性的参数是动量,即质量与速度的乘积,负荷与运行氧量一定时,总风量就一定,辅助风喷口面积是定值不变的,因此在总风量定值时风速就定下来了,因此刚性就不变。基于上述分析,运行时建议取消二次风箱压差不低于0.5kPa的限制,改为下限值0.3kPa。试验过程中低于0.5kPa的压差运行,燃烧很稳定。取消压差限制,较小的压差运行,送风机电流会下降,主要是因为不必关小风门提高压差,风道节流阻力减小,送风机电流下降。 
  4 结论 
  本文通过分析氮氧化物产生的原因,指出了氮氧化物与环境息息相关,氮氧化物对人体健康有非常大的影响,为响应国家节能减排政策, 保护人类环境,火电厂必须采取有效措施降低NOx的排放浓度。并对300MW锅炉低氮燃烧发展趋势做了一定的介绍,指出治理NOx的排放刻不容缓,势在必行。最后,提出了300MW锅炉低氮燃烧的相应的调整措施,锅炉在运行方面对一些参数进行优化,在降低NOx排放同时,保证锅炉效率不降低。 

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