第27卷第3期動力Vol 27 No. 3Joumal of Power EngineeringJune 2007文章編號:10006761(2007)03-341-03200MW水煤漿鍋爐的低NO燃燒試驗孟德潤,趙翔,楊衛(wèi)娟,劉建忠,周俊虎,岑可法(能源清潔利用國家重點實驗室,浙江大學,杭州310027)摘要:對1臺200MW的水煤漿鍋爐進行了低NO,排放燃燒試驗,分別對均等配鳳、分級配鳳、再燃3種燃燒方式進行了深入的比較和研究。結(jié)果表明:均等配風時NO,排放量最大,而再燃和分級配風能夠有效地降低NO的排放;在一定試驗條件下,分級配風取得了最高的脫硝效率;再燃和分級配風還大大降低了CO的排放。關(guān)鍵詞:能源和動力工程;鍋爐;NO,;水煤漿;再燃;分級配風中圖分類號:TK227文獻標識碼:ALow no, Combustion Tests on a 200 MwCoal-Water Slurry Fired BoilerMENG De-run, ZHAO Xiang, YANG Wei-juan, LIU Jian-zhong, ZHOU Jun-hu, CEN Ke-faNational Key Lab of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: Profound comparison combustion tests of low NO, emission were conducted on a 200 MW coal-water slurry firedboiler, with uniform air allotment, staged allotment and also under rebuming conditions. Test results show that NOn is largest under uniform air allotting conditions, while recombustion and staged allotment of air can alsoeffectively, but only to a certain degree, reduce NO, emission. Under test conditions, it was found that denitrition rate ishighest for the case of stage allotted air and CO emission deminishes considerably, both in case of reburning so for stageKey words: energy and power engineering; boiler; NO, coal-water slurry: rebuming; staged ait allotment在火力發(fā)電過程中,燃燒排放出大量的污染氣NO,燃燒方式與均等配風燃燒方式下NO2的排放進體,其中No.因其引起酸雨、光化學煙霧和破壞臭行了深入的對比研究,提出水煤漿鍋爐可實現(xiàn)低氧層等環(huán)境危害,越來越受到人們的關(guān)注,世界各國NO,排放的優(yōu)化運行方式,具有一定的實用意義。都制定了NO4的排放標準,而且排放標準要求越來越嚴格。雖然,近年來對于開發(fā)煤粉爐的低MO1鍋爐及試驗內(nèi)容燃燒技術(shù)方面有很多的研究,但對于水煤漿鍋爐新建的670t/h超高壓水煤漿鍋爐在國內(nèi)屬首的排放規(guī)律和在運行中控制爐內(nèi)NO,的生成的研創(chuàng)產(chǎn)品,鍋爐最大連續(xù)出力670th。鍋爐為超高壓究還不多。本文對分級配風(2、水煤漿再燃等低參數(shù)自然循環(huán)鍋爐,鍋爐本體呈∏型布置,水煤漿噴霧懸浮燃燒,采用直流燃燒器正四角布置切向燃燒,煙氣檔板調(diào)節(jié)再熱汽溫,噴水減溫控制過熱汽收稿日期:200605-19溫,回轉(zhuǎn)式空氣預熱器,刮板式撈渣機連續(xù)固態(tài)排作者簡介:孟德潤(1979),男河北滄州人博士研究生,主要從渣,平衡通風,全鋼構(gòu)架露天布置事煙塵大氣污染防治方面的研究鍋爐爐膛橫截面寬深比為1.1,采用正四角布342動力工程第27卷置直流燃燒器的切圓燃燒方式,并確定采用一次風個最佳的NO,排放運行方式,并研究了3種運行方和二次風雙切圓布置,其中一次風和二次風切圓直式對鍋爐運行參數(shù),燃燒效率,結(jié)渣積灰的影響。3徑分別為800mm和1000m,且均為逆時針旋轉(zhuǎn)。個工況具體如下:燃燒器最上層布置了反切的燃盡風(OFA),切圓直工況A:均等配風,五層漿槍全投(煤漿量均等徑為800mm。分配),停用燃盡鳳,其余燃燒器噴口采用均等配風,燃燒器最上層為OFA(燃盡風)噴嘴,E層為再爐膛出口α=1.176燃噴口,上、下2組均設有上、下二次風和中二次風。工況B:再燃,主燃區(qū)燃料量84.2%;再燃區(qū)燃為了有利于油的完全燃燒,AE層一次風噴口均帶料量15.8%,爐膛出口a=1.175有中心風。進行了滿負荷下均等配風、分級配風、再工況C:分級配風,爐膛出口a=1.16燃3個試驗,測試了不同工況下NO的排放,找到試驗所使用的燃料特性示于表1。表1燃料特性Tab. 1 Fuel 's characteristics項目C/%H'/%Qa/MJ粘度/mPas濃度/%水煤漿49.814.645.7135.4718.30110064.532試驗結(jié)果及分析在燃盡區(qū)燃燒造成的爐膛高處溫度升高;而空氣分級工況下由于主燃區(qū)過量空氣系數(shù)較低,部分未燃2.1各試驗工況下鍋爐主要運行參數(shù)燃料也在爐膛高處燃燒,同樣造成高處溫度升髙。表2為3個試驗工況下鍋爐運行參數(shù)。從表中可知,各工況下主蒸汽溫度、壓力和流量等均符合鍋爐運行規(guī)范要求。p1300表2鍋爐各工況下主要運行參數(shù)Tab 2 Boilers main operating parameters forvarious modes testing亠空氣分級項目主蒸汽壓力/MPa12.72沿爐膛高度/m主蒸汽溫度/℃537.5圖1沿高度變化的爐膛溫度場主蒸汽流量/th再熱蒸汽壓力/MPa2.132.162.3試驗工況的排煙溫度和煙氣排放再熱蒸汽溫度/℃542.5537539.5各試驗工況中均采用天虹智能煙氣分析儀TH-汽包壓力/MPa990,對尾部煙道的煙氣排放進行了測試,結(jié)果見給水溫度/℃排煙溫度/℃表3尾部煙氣成分表爐出口氧量/%Tab 3 Rear flue gas'composition冷風溫度/℃15.115.8工況排煙溫度/℃NO,/mg·m3Co/mg·m3脫硝率/%熱風溫度/℃水煤漿溫度/℃耗漿量八h101.6101.610.6112313注:表中NO.均折算到a=1.4時標準狀態(tài)下的數(shù)值;脫硝率是2.2試驗工況下爐膛溫度場分布相對于均等配風工況下NO4排放量進行計算。圖1為爐膛溫度沿高度的分布。從圖1可以看出各個工況的爐膛高溫區(qū)均集中在主燃區(qū)的燃燒器從表3可以看出均等配風工況下NO,排放量最附近而在爐膛高于25m處再燃工況和空氣分級工高,而在再燃工況和空氣分級工況下NO.排放均下況的溫度均高于均等配風工況。這主要是由于再燃降得較多,再燃和空氣分級是降低NO.排放的有效工況下部分燃料在再燃區(qū)燃燒,以及未燃盡的燃料措施?？諝夥旨夁\行方式則取得了最高60.3%的第3期盂德潤,等:200MW水煤漿鍋爐的低NO,燃燒試驗343脫硝效果,主要原因是第五層漿槍雖沒有投運,但是2.5試驗工況對積灰結(jié)渣的影響卻投入了相應的一次風、中心風、二次風,這樣使得由于爐膛內(nèi)燃燒組織合理,3種工況基本形成燃盡風的實際比例上升,燃盡風風量大,主燃區(qū)的還風包粉的運行方式,水冷壁周圍的氧化性氣氛較濃,原氣氛越強,分級效果越好。而且實際燃盡風噴口水冷壁基本沒有結(jié)渣,在均等配鳳工況下,背火側(cè)衛(wèi)和投入的最上一層漿槍的距離為3.6m,遠遠大于燃帶積灰渣較多,但屬于松散性灰渣,在再燃工況的經(jīng)驗推薦值。此距離大,煙氣在過量空氣系數(shù)較低再燃區(qū)、尤其是空氣分級的主燃區(qū)的還原氣氛較的主燃區(qū)停留時間長,NO,下降幅度大,但飛灰可燃濃,背火側(cè)衛(wèi)燃帶所積灰渣較硬,粘結(jié)性增強。物會增加6。盡管在再燃比為15.8%的情況下取得了42.5%3結(jié)論的脫硝率,低于空氣分級時的脫硝率,并非說明再燃(1)鍋爐性能試驗:在A、B、C3個工況下,燃燒的脫硝效果就一定不如空氣分級,僅僅是因為由于效率分別達到9928%、99.09%和99.23%;鍋爐熱鍋爐制造工藝方面原因的限制,再燃最上層投入漿效率分別為9329%、9317%和93,18%。槍和實際燃盡風噴口的距離僅為1.8m,低于由前(2)3種試驗工況下,大部分火焰不發(fā)生直接沖全蘇熱工所推薦的經(jīng)驗公式計算出的值,同時由于刷水冷壁,燃燒器出口無結(jié)焦現(xiàn)象,水冷壁不結(jié)渣,現(xiàn)場調(diào)試條件的不足和調(diào)試時間倉促,沒能獲得更向火側(cè)衛(wèi)燃帶積灰渣較少,背火側(cè)衛(wèi)燃帶積灰渣較小的NO,排放的再燃比和過量空氣系數(shù),影響了脫多,但屬于松散性灰渣,非粘結(jié)性的,不影響鍋爐安硝的效果。全經(jīng)濟運行。在再燃和空氣分級工況中CO的排放量同時也(3)再燃工況和分級配風工況不但NO2排放量下降很多,這主要是CO具有還原性,可以參與NO,小于或接近于國家排放標準(達到國標≤450mg的還原反應。同時在相對貧氧的環(huán)境下,煤粉揮發(fā)m),同時這兩個工況還可以大大降低Co的排放份火焰中的OH離子較多,CO與之發(fā)生如下反應:有利于鍋爐的運行。CO+OH→→CO2+H,此反應速率高于CO與O2的本試驗中燃盡風量采用適量,分級效果好,且沒燃燒反應速率,是實現(xiàn)再燃區(qū)脫除cO的重要途有引起燃燒器區(qū)域嚴重缺氧而出現(xiàn)受熱面結(jié)焦和高溫腐蝕,也沒有引起燃燒效率和熱效率的下降,故推24試驗工況的燃燒效率薦本爐采用分級配風、低NO,排放運行方式。試驗結(jié)果見表4。由表4可知,3種工況均在參考文獻200MW負荷下,雖然再燃和空氣分級工況與均等配鳳相比飛灰可燃物少量增加,但是燃燒效率均在1間維平,潔凈煤發(fā)電技術(shù)[M].北京:中國電力出版99%以上(大于同等容量燃無煙煤和貧煤的煤粉爐社,20[2]姜涌,趙愛虎,賈紹亮低NO,燃燒技術(shù)簡介[J]電燃燒效率),鍋爐熱效率也接近和大于92.4%;試驗站系統(tǒng)工程,2005,21(1):61-62過程中爐膛壓力波動不大,火焰明亮,燃燒穩(wěn)定正[3] Smoot L d,HSC,XuH.NO, control through reburning常,說明3種燃燒方式均能達到鍋爐的最大出力。[JJ. Journal of combustion science and technology表4燃燒效率和熱效率2001,(2):115-119Tab 4 Combustion efficiency and thermal[4]董若凌,周俊虎,楊衛(wèi)娟煤粉再燃對鍋爐CO及N2O排放控制的試驗研究[J環(huán)境科學學報,2005,25(6)試驗工況734-737排煙氧量(O2)m/%5[5] Rutar T, Kramlich JC, Malte P C. Nitrous oxide emissions飛灰含碳量C/%灰渣含碳量Cx/%0.620.752.52control by reburning [J]. Combustion and flame, 1996固體不完全燃燒損失q4%0.420.860.73107(4):453-463排煙過量空氣系數(shù)apI.33[6]張慧娟,閻志勇,邱廣明.空氣分級燃燒降低鍋爐NO排煙溫度r/℃排放的試驗研究[J,內(nèi)蒙古工業(yè)大學學報,1999,18排煙熱損失q2/%5.585.52(4):309-314鍋爐散熱損失q3/%0.41[7]張慧娟,宋洪鵬,惠世恩四角切圓空氣分級燃燒技術(shù)氣體不完全燃燒損失q%及應用[J].熱能動力工程,2003,18(3):224-229熱效率y%93.2993.1793.18[8]董利,李瑞揚.爐內(nèi)空氣分級低NO,燃燒技術(shù)[J]燃燒效率/%電站系統(tǒng)工程,2003,19(6):47-49