一、設備狀況
黃埔發電廠5、6號鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造的1025t/h亞臨界壓力中間再熱直流爐,配置直流式燃燒器,四角切圓燃燒,每組燃燒器分5層一次風和7層二次風噴嘴,一、二次風間隔布置。制粉系統采用鋼球磨煤機中間貯倉式,熱風送粉,制粉乏氣作為三次風在燃燒器上部分2層8個噴嘴從前后墻送入爐膛。一、二、三次風均為雙切圓布置(圖1)。
該2臺鍋爐已投產近20年,煙氣中氮氧化合物排放超標,因此分別在2007、2008年大修時對兩臺鍋爐進行了低NOx燃燒改造,使NOx排放量從850mg/m3(標準狀態,下同)降至437mg/m3。為了進一步降低排放,須對鍋爐進行燃燒優化調整。
二、低氧燃燒對鍋爐運行的影響
鍋爐采用低氧燃燒(低過量空氣系數和空氣分級燃燒)可較大幅度降低NOx的排放量和減少鍋爐排煙熱損失,但會導致飛灰含碳量增加及引起爐膛腐蝕和結渣,降低燃燒效率。
2.1對NOx排放的影響
在燃料的著火階段,富燃料貧氧區由于氧濃度低,揮發分中氮不容易轉變為NOx,而且燃料在著火階段停留時間延長,揮發分中氮化合物有充足時間發生還原分解和復合反應使NOx的排放量減少。所以,可通過運行工況的改變來控制燃料和空氣的混合程度達到降低揮發分NOx生成量的目的。此外,由于三次風屬于貧燃料富氧射流,三次風的投入,會降低NOx轉化為N2的還原作用,使空氣分級的NOx控制難度增加,所以應盡量減少三次風量。
2.2對鍋爐效率的影響
5、6號爐設計排煙溫度為131℃,夏天時高達150℃,明顯偏高;設計氧量為4%-6%,在滿負荷運行時氧量為4.50%左右,亦明顯偏高。通過鍋爐燃燒優化,降低過量空氣系數可以減少排煙熱損失,提高鍋爐效率,同時空氣量的減少,也可以降低送、引風機和增壓風機電耗。
2.3對爐膛結焦及高溫腐蝕的影響
鍋爐低氧燃燒時,由于供應的空氣量不足或空氣混合不充分,使燃燒不*,容易產生CO,因而使灰熔點大大降低,zui終造成爐膛結焦。CO含量過高會在對應的區域產生強烈的還原性氣氛,從而形成高溫腐蝕。對此,對5、6號爐進行了一次風噴嘴“反切”5攝氏度和偏置二次風的低氮燃燒改造,在爐內實現了“風包粉”的燃燒模式,使二次風在水冷壁附近形成氧化性氣氛,有效地防止了結渣和高溫腐蝕。
2.4對汽水參數的影響
鍋爐低氧燃燒時,由于主燃區缺氧運行,火焰中心會相應提高,但由于上部受到燃盡風的壓制作用,火焰中心提高不明顯,同時由于煙氣量減少,部分抵消了煙氣溫度升高對尾部受熱面吸熱量的影響,因此主、再熱汽溫變化不明顯。對于直流鍋爐,還可以采用改變中間點溫度、調整煤水比的手段使主、再熱汽溫在設計值附近運行。
三、鍋爐燃燒優化
?。╨)以降低主燃燒區的氧量為主,維持燃盡風門、下部二次風門開度不變,關小其余二次風門開度,形成“縮腰型”布置,將火焰壓制在中間進行燃燒,有利于降低飛灰、爐渣可燃物,并在煤粉著火階段形成富燃料貧氧區。同時,在還原區減慢煤粉上升速度,延長在還原區的停留時間,有利于降低NOx排放量。
?。?)二次風箱與爐膛壓差保持在600-800Pa,保證二次風的剛度,一方面可以延遲與一次風的混合時間,有利于NOx的還原;另一方面可在水冷壁形成一層保護層(氧化性氣氛),防止水冷壁結渣和高溫腐蝕。
?。?)在確保煤粉噴嘴不結焦、燒壞的前提下,適當降低一次風率,提高一次風溫,減少周界風量,有利于揮發分提前析出,著火提前,使煤粉在著火階段停留時間延長,揮發分中氮化合物有充足時間發生還原分解和復合反應,使NOx的排放量減少。同時,有利于煤粉的*燃燒,降低機械不*燃燒損失。
?。?)對制粉系統進行優化試驗,尋找磨煤機*組合方式,以減少NOx排放量和飛灰含碳量,提高鍋爐效率。
3.1制粉系統優化試驗
5、6號爐共配備A、B、C、D4套制粉系統,一般情況下,3套制粉系統就可以維持機組300MW負荷,1套制粉系統作為備用。本文主要討論3套制粉系統運行對低氧燃燒的影響。以6號爐為例,3套制粉系統分別采用ABC、ABD、ACD、BCD4種組合方式。通過制粉系統優化試驗,得出4種組合方式下鍋爐運行參數的變化如表1所示。
從表1可以看出,當ABD組合運行時,NOx排放量zui低,但飛灰含碳量較高,鍋爐的熱效率zui低,氧量也較大;ACD組合運行時,氧量zui低,但是NOx排放量zui大,鍋爐熱效率也較低;BCD組合運行時,NOx排放量和飛灰含碳量均較高;ABC組合運行時,NOx排放量較低,飛灰含碳量zui低,鍋爐熱效率zui高,氧量也在低氧燃燒*范圍內,是*運行組合方式。
3.2低氧燃燒試驗
在5號爐進行逐步降低氧量試驗,隨著氧量的降低、送風量的減少,逐步關小中、上部二次風門的開度,維持二次風箱與爐膛壓差在600-800Pa,并將一次風溫從240℃逐步提高至245℃,將一次風壓從3700Pa降至3600Pa。5號爐300MW負荷時氧量調整試驗結果見表2。
從表2可見,當氧量逐步下降后,鍋爐效率逐步上升,NOx排放濃度明顯下降,廠用電率逐步下降,飛灰含碳量呈下降趨勢,但氧量由2.70%-3.00%降至2.50%-2.70%時,NOx排放濃度有所下降,但飛灰可燃物明顯上升,抵消了排煙熱損失減少的作用,鍋爐效率反而有所下降,而且水冷壁有結焦現象。因此,綜合考慮鍋爐安全、經濟、環保的各方面要求后,確定5號爐300MW負荷時*氧量為2.70%-3.00%。根據300MW負荷時氧量調整以及優化燃燒情況,對270MW和240MW負荷時的*氧量也進行了試驗,得出270MW負荷時*氧量為4.00%-4.30%,240MW負荷時*氧量為5.20%-5.50%。由此得出鍋爐負荷每下降5MW,氧量需提高0.20%.
四、鍋爐低氧燃燒優化后的效果
(l)5、6號爐低氮燃燒全面改造后,同年8-12月份NOx排放濃度平均為414mg/m3;采用低氧燃燒后,NOx排放濃度平均為358mg/m3,下降幅度超過13%.
(2)采用低氧燃燒后,氧量平均值由5.25%下降至4.04%(300MW負荷時氧量從4.50%下降至2.80%),相當于鍋爐效率提高0.427%;排煙溫度下降5℃,鍋爐效率提高0.26%;飛灰可燃物下降0.19%,鍋爐效率提高0.089%;送、引風機耗電率下降0.21%,制粉耗電率下降0.07%,供電標煤耗下降0.929/(kw·h)。綜合上述影響,鍋爐效率提高0.77%,供電標煤耗下降超過3.459/(kW·h),按兩臺爐每年供電量40億kw·h計算,每年節省標煤超過1.38萬t
?。?)5、6號爐在運行過程中通過看火孔檢查水冷壁結焦情況,沒有發現異常變化,從運行參數也沒有發現水冷壁結焦現象泊月份利用停爐機會檢查水冷壁情況,沒有發現高溫腐蝕的現象。
?。?)由于煙氣量減少,流經電除塵煙氣流速下降,提高了電除塵的效率,電除塵后煙塵濃度從以前的150mg/m3下降至70mg/m3,減少了尾部受熱面和引風機葉片的磨損,提高了脫硫效率。