褐煤超臨界鍋爐NOX 排放特性

楊凱

（東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司，成都611731）

1 鍋爐簡(jiǎn)介

1.1 概述

該工程為超臨界參數(shù)燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π 型鍋爐。鍋爐型號(hào)為DG2077.9/25.4-Ⅱ12 型[1]。

1.2 鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3 燃燒設(shè)備

1.3.1 制粉系統(tǒng)

采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)，配6 臺(tái)磨煤機(jī)，五運(yùn)一備。煤粉細(xì)度：磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度為R90=35%。

1.3.2 煤粉燃燒器及布置

煤粉燃燒器采用OPCC 低氮燃燒器，采用前后墻對(duì)沖燃燒的方式。36 只燃燒器分三層布置在爐膛前后墻上，使沿爐膛寬度方向熱負(fù)荷及煙氣溫度分布更均勻。燃燒器上部布置燃盡風(fēng)（OFA）風(fēng)口，16 只燃盡風(fēng)風(fēng)口分別布置在前后墻上。

2 鍋爐燃料特性分析

鍋爐設(shè)計(jì)燃料為印度尼西亞當(dāng)?shù)氐暮置?。印度尼西亞的褐煤除了具有高水分、高揮發(fā)分的特點(diǎn)外，其灰分也特別低?；曳滞ǔＴ?%～8%。鍋爐實(shí)際燃煤和設(shè)計(jì)燃煤的燃料特性見表2。

表2 實(shí)際燃煤和設(shè)計(jì)煤燃料特性

表中三個(gè)煤樣為鍋爐實(shí)際燃煤。煤樣1 全水分最高，低位熱值最低。煤樣3 是摻燒了煤矸石的混煤，其灰分最高，水分最低，熱值也與設(shè)計(jì)煤接近，NOX的基礎(chǔ)排放值偏高。

3 NOX 排放特性研究

影響鍋爐NOX排放值的因素很多，除了煤質(zhì)自身的因素外，運(yùn)行方式對(duì)鍋爐的NOX排放影響也非常大。如運(yùn)行時(shí)氧量控制、磨煤機(jī)投運(yùn)數(shù)量、燃盡風(fēng)量等因素。只有在正確的方式下運(yùn)行，才能得到較高的鍋爐熱效率及較低的NOX排放值。

3.1 煤質(zhì)對(duì)NOX 排放值的影響

該超臨界燃煤鍋爐設(shè)計(jì)燃煤為印度尼西亞褐煤，NOX排放值總體偏低。在不同時(shí)期燃用表2 中所列的煤質(zhì)，受到水分、揮發(fā)分變化的影響，NOX排放值還是有一定的差別。

在運(yùn)行條件基本一致的情況下，煤質(zhì)全水分高，鍋爐NOX排放值低。主要是由于全水分越高，爐膛內(nèi)溫度越低，熱力型NOX減少。

在鍋爐燃用煤樣1 期間，鍋爐整體NOX排放值偏低。在不同負(fù)荷運(yùn)行和運(yùn)行方式基本一致的條件下，燃用不同的入爐煤時(shí)，鍋爐NOX排放值不同。雖然燃用煤樣1 時(shí)鍋爐NOX排放值更低，但是煤樣1 由于全水分高，排煙溫度高，鍋爐效率比燃用煤樣2 時(shí)更低。

另外，煤的熱值受水分、灰分影響，其基礎(chǔ)排放值的差距也較大。如圖2 所示，660MW 負(fù)荷下，采用高灰分、低熱值的煤，鍋爐NOX基礎(chǔ)排放值高。

3.2 運(yùn)行方式對(duì)NOX 排放值的影響

NOX排放值除了受煤質(zhì)的影響外，運(yùn)行方式的不同對(duì)NOX的排放值影響也非常大。采用低氮燃燒技術(shù)，在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)低NOX排放值。比如對(duì)燃盡風(fēng)量、磨煤機(jī)投運(yùn)方式、運(yùn)行氧量進(jìn)行控制等。

3.2.1 燃盡風(fēng)量的控制

低氮燃燒技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)了分級(jí)燃燒，包括燃燒器自身分級(jí)燃燒以及爐膛整體分級(jí)燃燒。燃盡風(fēng)率不同，導(dǎo)致爐膛分級(jí)燃燒的程度也不同。圖1 是不同燃盡風(fēng)擋板開度下NOX排放值。

圖1 過量空氣系數(shù)與NOX 排放值

圖2 省煤器出口氧量與NOX

由圖1 可知，隨著燃盡風(fēng)量的增加，燃盡區(qū)過量空氣系數(shù)也在增加。當(dāng)燃盡區(qū)過量空氣系數(shù)由0.1 增加至0.2 時(shí)，NOX排放值下降較明顯，由197mg/m3降至165mg/m3。而當(dāng)燃盡區(qū)過量空氣系數(shù)超過0.2 時(shí)，也就是燃盡風(fēng)擋板開度超過50%后，NOX排放值幾乎沒有變化。由試驗(yàn)結(jié)果可知，OPCC 低氮燃燒器對(duì)燃用印度尼西亞褐煤鍋爐降低自身的NOX排放值效果很好，基礎(chǔ)排放值低。而對(duì)爐膛整體分級(jí)燃燒降低NOX排放值的效果則相對(duì)差一些，增加燃盡風(fēng)率后，最多僅降低32mg/m3。

3.2.2 磨煤機(jī)投運(yùn)方式

負(fù)荷相同情況下，在磨煤機(jī)允許出力的范圍內(nèi)，應(yīng)盡量增加磨煤機(jī)出力，減少磨煤機(jī)投運(yùn)數(shù)量（見表3）。

表3 磨煤機(jī)不同運(yùn)行方式NOX 排放值及鍋爐效率

相同負(fù)荷下，降低磨煤機(jī)投運(yùn)數(shù)量，磨煤機(jī)的出力增加，磨煤機(jī)運(yùn)行數(shù)量降低，一次風(fēng)率降低，NOX排放值明顯減少，排煙溫度明顯降低，鍋爐熱效率提高。

3.2.3 氧量的控制

相同負(fù)荷下，氧量控制得越低，NOX排放值越低。燃用褐煤超臨界鍋爐飛灰可燃物含量低，一般不考慮低氧運(yùn)行對(duì)飛灰可燃物的影響，但要注意在低氧量情況下，局部CO 的生成。圖2 是不同負(fù)荷段不同氧量下NOX排放值曲線。

如圖2 所示，在660MW 負(fù)荷下，燃用煤質(zhì)為表2 中的煤樣3，其基礎(chǔ)排放值高。而580MW 和380MW 負(fù)荷下，則燃用表2 中的煤樣2 的基礎(chǔ)排放值高。由圖可知，三個(gè)負(fù)荷段NOX排放值隨著省煤器出口氧量的增加而增加，每個(gè)負(fù)荷段整體的變化區(qū)間都不大。380MW、580MW 和660MW 變氧量引起NOX的排放值變化分別僅有35mg/Nm3、30mg/Nm3、36mg/Nm3。

4 結(jié)語(yǔ)

褐煤具有水分高、揮發(fā)分高的特點(diǎn)，燃用煤的不同水分、不同揮發(fā)分會(huì)導(dǎo)致NOX排放值差異大。燃用褐煤的超臨界鍋爐采用OPCC 低氮旋流燃燒器，NOX排放初始值低，而爐膛整體分級(jí)燃燒以及降低氧量運(yùn)行對(duì)降低NOX排放值是有限的，制粉系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)煤粉鍋爐產(chǎn)生的影響較大。因此，采用合理的運(yùn)行方式有利于提高鍋爐熱效率和降低NOX排放值。