循环流化床锅炉低氮燃烧技术试验研究

大气网讯:1 引言

CFB锅炉普遍采用SNCR方式脱除烟气中的NOx，反应温度窗口为850～1050℃。近年来，电力需求增速变缓，越来越多的机组需要调峰运行，大量CFB锅炉在低负荷情况下，由于循环灰量少，分离器入口温度低于850℃，导致SNCR反应无法进行，采用单一的SNCR脱硝技术无法满足NOx超低排放要求，采用低氮燃烧技术降低原始排放结合SNCR脱硝系统是实现CFB锅炉NOx超低排放的有效途径。

吴剑恒等通过延长还原性气氛的富燃料区反应区间，增强二次风穿透性，提高炉膛中心区域传热强度的方法，使某75t/hCFB锅炉NOx原始排放从180mg/Nm3降至140mg/Nm3，机械不完全燃烧损失降低1%～1.5%。陈建军等在优化二次风喷口布置的基础上增加FGR系统，使某130t/hCFB锅炉NOx排放降至50mg/Nm3以下。清华大学提出的基于流态重构低床压降节能型CFB锅炉技术路线，通过增加有效床料浓度，NOx原始排放浓度从192mg/Nm3降至113mg/Nm3。Artur在蒸发量为1296t/h的CFB锅炉上试验发现，FGR可均衡CFB锅炉炉膛纵向温度分布，加快炉膛下部热通量恢复。本文通过对某130t/hCFB锅炉进行低氮燃烧改造，分析改造后炉膛参数变化，为同类型机组的改造提供参考。

2 研究对象

某电厂1号炉为济南锅炉厂与中国科学院工程热物理研究所联合开发的YG－130/9.8型高温高压循环流化床锅炉，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架π型布置。炉膛采用膜式水冷壁、汽冷式旋风分离器，尾部竖井烟道布置两级3组对流过热器，过热器下方布置3组省煤器及一、二次风各3组空气预热器。锅炉采用SNCR脱硝方式，改造前锅炉NOx原始排放浓度约300mg/Nm3，最高排放浓度约350mg/Nm3。锅炉常用燃料为烟煤，同时掺入5%干污泥，燃料性质分析见表1

3 技术方案

3.1 分离器提效改造

Mazyan等以直径190mm的分离器为模型，经数值模拟发现，在分离器上部增加切向进气室，分离器效率最高可增加50%，压降增加不超过8%;王勇以某410t/hCFB锅炉为研究对象，经优化中心筒插入深度，延长中心筒长度至入口烟气高度的1/2，提高了分离器效率;李楠采用带偏置的渐缩型中心筒，增加锅炉循环灰量，降低床温30℃，脱硝还原剂20%氨水的消耗量由20t/d降低为4t/d。

分离器内部的烟气为混合有宽筛分颗粒的气固两相流，在离心力与重力作用下，颗粒经离心分离和沉降分离后被分离器捕捉。基于此原理，Muschelknautz等提出了计算分离器效率数学模型，采用式(1)计算分离器切割粒径dv。

其中，μg为气体黏度;Ve为分离器下部锥体体积;ρs为颗粒密度;ρg为气体密度;Hc为中心筒底部至分离器锥体底部距离;μθcs为气体切向速度。切割粒径越小，分离器效率越高，由式(1)可知，切割粒径与气体切向速度成反比，通过提高气体切向速度，可减小切割粒径，提高分离效率。国内工程经验表明，分离入口烟气速度在30m/s左右可得到较好的分离效果(表2)。本文研究对象改造前分离器入口烟速为18.17m/s，有较大改造空间，通过重新制作分离器入口烟道浇注料，缩小烟道宽度，烟气速度由18.17m/s提高至26m/s。

3.2 FGR改造

增设FGR系统，根据锅炉烟气O2体积分数较低的特点，在保证总流化风量的情况下，降低一次风量及密相区氧含量，强化密相区还原性氛围，抑制床温。1号炉额定负荷下，一、二次风量各为62000Nm3/h，一、二次风率均为50%，烟气量155000Nm3/h，增加FGR系统后，将10%烟气通过FGR管道引入一次风机，一次风流量不变，一次风O2体积分数降至17.75%，折算为21%的空气流量为50190Nm3/h，二次风流量从62000Nm3/h增加至73810Nm3/h，一次风率降低至40%，二次风率提高至60%，可强化空气分级燃烧效果，降低NOx生成量。

2.3二次风口改造

锅炉原有上、中、下3层二次风，前墙4列，后墙2列，左右侧墙各布置2列。3层二次风口距离布风板高度分别为2626、1626和833mm。本次改造将前墙和后墙原下二次风口整体上移，具体为将原下层二次风口封堵，在距布风板3600mm开孔作为改造后上二次风，锅炉左右侧墙原下二次风口封堵，其余不作改动，如图1所示。改造后的下二次风口距布风板1626mm，扩大了密相区还原性范围。