燃煤機(jī)組鍋爐低氮燃燒器改造運(yùn)行調(diào)整探討

吳天明

摘要：研究表明，對(duì)于反應(yīng)器出口氮氧化物的排放量以及氧含量存在最適范圍，煙氣再循環(huán)開(kāi)度與二次風(fēng)入射角度會(huì)對(duì)燃料產(chǎn)生顯著影響，當(dāng)后燃嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)狗谴呋€原反應(yīng)效率降低，甚至處于失效狀態(tài)。

Abstract： Studies have shown that there is an optimum range for the emission of nitrogen oxides at the outlet of the reactor and the oxygen content. The recirculation opening of the flue gas and the angle of incidence of the secondary air will have a significant impact on the fuel， even when the post-combustion is severe. The non-catalytic reduction reaction is reduced in efficiency and even in a failed state.

關(guān)鍵詞：燃煤機(jī)組;鍋爐;低氮燃燒器;改造;運(yùn)行;調(diào)整

Key words： coal-fired unit;boiler;low-nitrogen burner;transformation;operation;adjustment

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）24-0164-02

0? 引言

近年來(lái)，隨著人們對(duì)于電力的需求量提升速度趨于緩慢，很多機(jī)組需要進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，當(dāng)鍋爐在處于低負(fù)荷情況下由于循環(huán)灰量少，分離器入口溫度為850℃以下導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)SCR反應(yīng)，采用單一的脫硝技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)低排量要求，采用低氮燃燒技術(shù)能夠減少氮氧化物的排放，這也是目前的最佳途徑。通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)還原性富燃料區(qū)域的反應(yīng)區(qū)間，增強(qiáng)二次風(fēng)的穿透性，提高爐膛傳熱強(qiáng)度，能夠使鍋爐中氮氧化物的排放量降低，同時(shí)還能夠降低機(jī)械的不完全燃燒損失。

1? 氮氧化物的生成機(jī)理

煤炭經(jīng)過(guò)燃燒之后能夠產(chǎn)生氮氧化物，主要包括一氧化氮和二氧化氮，我們將其稱為氮氧化物，此外還會(huì)伴隨著少量氧化二氮的產(chǎn)生，相比二氧化硫在生產(chǎn)過(guò)程中其機(jī)理不同，在煤炭燃燒時(shí)氮氧化物的生成量和排放量是與煤炭燃燒方式有關(guān)的，尤其是燃燒溫度和空氣系數(shù)是與煤炭燃燒條件具有密切聯(lián)系。在煤炭燃燒過(guò)程中氮氧化物的生成途徑主要有以下三種：首先，熱力型氮氧化物，是由空氣中氮?dú)庠诟邷叵陆?jīng)過(guò)氧化之后形成的。燃料型氮氧化物，是在燃料中氮化物燃燒時(shí)經(jīng)過(guò)熱分解和氧化反應(yīng)形成的?？焖傩偷趸?，是由空氣中的氮核燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成的氮氧化物，其中燃料型氮氧化物是主要的成分，占總產(chǎn)量的百分之六十，而熱力型氮氧化物的生產(chǎn)是以與燃燒過(guò)程中的溫度具有一定聯(lián)系的，當(dāng)溫度較高時(shí)熱力型氮氧化物的生成量達(dá)總體積的百分之二十，快速型氮氧化物在煤炭燃燒時(shí)的生成量較小。除此之外，燃料型氮氧化物與氧化二氮生成條件相同，主要是從燃料氮化物轉(zhuǎn)化而來(lái)的。氧化二氮在生產(chǎn)和過(guò)程中是與燃料型氮氧化物生成破壞具有一定聯(lián)系的。

研究表明，選擇合適的床溫，降低床溫能夠控制氮氧化物的排放量，同時(shí)還利于脫硫，然而會(huì)使氧化二氮的排放量升高，增加一氧化碳濃度，降低燃燒效率。綜合分析各種因素可以將循環(huán)流化床的床溫控制在850到1000℃之間，選擇性還原。在分離器區(qū)域和懸浮段中注入尿素或者液態(tài)胺，能夠還原氮氧化物氣體降低排放量，然而采用這種技術(shù)需要控制還原反應(yīng)溫度，通常在這一過(guò)程中溫度為8810℃，而尿素為890℃，且還需要合理控制氧濃度。天然氣再燃技術(shù)。在一些密相區(qū)域中注入天然氣能夠使氮氧化物還原為氮?dú)?，同時(shí)產(chǎn)生一氧化碳，為提高燃燒效率，可以在天然氣注入口注入補(bǔ)燃空氣，能夠有效控制氮氧化物的排放量，同時(shí)獲取較高的燃燒效率。采取分段燃燒。在流化床熱過(guò)程中，通常采用的是二段燃燒的方式，通過(guò)降低流化床中氧氣濃度，以減少氮氧化物排放量，當(dāng)氧氣降低太多時(shí)會(huì)降低燃燒效率和脫硫。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在二次燃燒過(guò)程中，將一次風(fēng)率控制在0.9到1.0時(shí)，此時(shí)對(duì)于氮氧化物排放量產(chǎn)生影響較大，對(duì)揮發(fā)分含量分別為高中低的三種煤進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)率提高之后，能夠增加氮氧化物和一氧化氮的排放量。

2? 實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象

我們對(duì)某電廠作為研究對(duì)象，針對(duì)其直流煤粉鍋爐采用的是自然循環(huán)方式，全懸吊結(jié)構(gòu)，從整體布局上為全鋼架π型布置，爐膛中采用膜式水冷壁氣冷式旋風(fēng)分離器，尾部采用兩級(jí)三組對(duì)流過(guò)熱器，且下方為省煤器和一、二次風(fēng)各三組，預(yù)熱器采用SCR脫硫方式，經(jīng)過(guò)改造之前氮氧化物的排放量為500毫克每Nm3。常用燃料為褐煤。

3? 研究方法

首先對(duì)分離器的改造，經(jīng)過(guò)Mazyan等人的研究，將直徑為190mm的分離器作為研究模型，經(jīng)過(guò)分析在分離器上方增加切向進(jìn)氣時(shí)能夠提高50%的分離效率，壓降增加低于8%。王勇等人用燃煤機(jī)組鍋爐作為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)優(yōu)化中心筒的深度，延長(zhǎng)其長(zhǎng)度到入煙入口煙氣高度，能夠提高分離器的使用效率。李楠等人利用帶偏置漸縮中心筒，能夠增加鍋爐循環(huán)灰量，降低床溫，并且能夠顯著減少氨水的消耗量。分離器的內(nèi)部煙氣是一種混合有寬篩分顆粒的氣固兩相流，在重力以及離心力的綜合作用力下，顆粒能夠經(jīng)過(guò)沉降和離心后被分離器捕捉，利用這個(gè)理論，Muschelknautz等人提出分離器效率的計(jì)算模型，其具體公式如下所示。

從公式來(lái)看，切割粒徑是與氣體切向速度成反比關(guān)系的，能夠通過(guò)提升氣體的傾向速度，減小切割粒徑，進(jìn)一步提高分離效果。國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)分離器入口煙氣速度為每秒30m時(shí)，此時(shí)分離效果較好。在本研究中經(jīng)過(guò)改造前，該分離器的入口煙速度為每秒18.17m，經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后通過(guò)制作分離器入口煙道澆筑料，縮短寬度，能夠提升煙氣速度為每秒26m。對(duì)于燃煤機(jī)組鍋爐的改造，可以通過(guò)增加燃煤機(jī)組系統(tǒng)，根據(jù)煙氣中氧氣所占比例低的特點(diǎn)，在確保總流化風(fēng)量的前提下能夠降低一次風(fēng)量的含氧含量，并進(jìn)一步強(qiáng)化密相區(qū)的還原性氛圍，有效降低床溫。在一號(hào)鍋爐處于額定負(fù)荷條件下一二次風(fēng)量分別為每小時(shí)62000Nm3，一二次風(fēng)率為50%，煙氣量為每小時(shí)155000Nm3。當(dāng)增加燃煤機(jī)組系統(tǒng)之后部分煙氣能夠通過(guò)該管道引入一次風(fēng)機(jī)，使一次風(fēng)機(jī)中氧氣含量降低17%，而增加二次風(fēng)流量，一次風(fēng)率降低40%，而二次風(fēng)率提高60%，進(jìn)而能夠強(qiáng)化空氣的分級(jí)燃燒效果，最終設(shè)備氮氧化物的排放量能夠顯著降低。從二次封口的改造上來(lái)看，原鍋爐分為上中下層二次風(fēng)，前墻和后墻各兩列，左右側(cè)墻圍二列，三層二次封口距離布分板的高度分別為2600，1600以及800mm。經(jīng)過(guò)本次優(yōu)化設(shè)計(jì)之后能夠上移前后墻，二次封口位置，原下層二次封口進(jìn)行封堵，在距離布分板三千六百毫米的開(kāi)孔位置改為上二次風(fēng)鍋爐，左右側(cè)進(jìn)行二次封口的封堵，其余不進(jìn)行變動(dòng)。如圖1所示經(jīng)過(guò)改造之后，下二次封口距離布分板的距離為1600mm，能夠擴(kuò)大密相區(qū)的還原范圍。

4? 設(shè)備改造效果分析

經(jīng)過(guò)研究，我們發(fā)現(xiàn)氮氧化物的排放會(huì)隨鍋爐氧含量變化而變化，從SCR技術(shù)原理上來(lái)看，氧氣能夠使氨氣還原為一氧化碳，也可將其氧化為二氧化碳，但是氧氣體積分?jǐn)?shù)的增加能夠促進(jìn)氨氣的氧化反應(yīng)，并增加氮氧化物的排放量。經(jīng)過(guò)對(duì)該鍋爐改造后在處于一定負(fù)荷條件下能夠顯著降低氮氧化物的排放濃度，當(dāng)處于不同負(fù)荷條件下其還原劑的使用量與氧氣含量得關(guān)系如圖2所示。

當(dāng)氧含量處于3.3%到3.8%這一范圍中，該鍋爐20%的氨水消耗量為每小時(shí)26萬(wàn)克，能夠使氮氧化物的排放量低于50毫克每Nm3。隨氧量的提升在處于不同負(fù)荷條件下，相應(yīng)的還原劑使用量能夠顯著增加，當(dāng)氧含量低于3%時(shí)，處于不同的負(fù)荷條件下還原劑的使用量仍然增加，當(dāng)氧含量低時(shí)還原劑的產(chǎn)量與氮氧化物的排放量如圖3所示。

在處于一定負(fù)荷條件下，當(dāng)氧含量低于2.2%時(shí)氨水的消耗量會(huì)增加到每小時(shí)400kg，相應(yīng)的氮氧化物排放量也會(huì)增加。同時(shí)，繼續(xù)增加氨水消耗量，氮氧化物的排放量也會(huì)受到影響。李明磊等人通過(guò)搭設(shè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)和數(shù)據(jù)模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧含量增加時(shí)會(huì)降低脫硝效率，經(jīng)過(guò)SCR反應(yīng)處于無(wú)氧條件下該反應(yīng)不會(huì)進(jìn)行，但沒(méi)有針對(duì)該反應(yīng)需氧量進(jìn)行定量分析。因此我們通過(guò)該鍋爐處于不同負(fù)荷條件下進(jìn)行研究，結(jié)果表明，隨著氧含量變化，SCR反映能夠分為不同的區(qū)間，包括無(wú)效區(qū)，低于2.2%的濃度，由于整體的含氧含量較低，因此SCR反應(yīng)不進(jìn)行，反應(yīng)器出口位置的氮氧化物排放量是受到低氮改造后原始排放影響的，當(dāng)氧含量處于2.2%到3.3%這一范圍時(shí)為低效區(qū)，此時(shí)氮氧化物的原始排放量少，同時(shí)脫硝效率低，能夠?qū)е路磻?yīng)器中最終氮氧化物排放量仍然較高，當(dāng)氧含量為3.3%到3.8%時(shí)，此時(shí)為高效區(qū)，具有較高的脫硝效率，同時(shí)反應(yīng)器的出口位置氮氧化物的排放量低。當(dāng)高于3.8%時(shí)為低效區(qū)，該區(qū)域范圍內(nèi)原始排放量增加，脫硝效率低，反應(yīng)器出口位置，氮氧化物的排放量相比前者來(lái)說(shuō)顯著升高，從燃煤機(jī)組對(duì)氮化物排放的影響上來(lái)看，當(dāng)SCR系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，對(duì)于處于不同負(fù)荷條件下鍋爐進(jìn)行燃煤機(jī)組調(diào)整結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處于不同負(fù)荷條件下，氮氧化物的排放濃度會(huì)隨燃煤機(jī)組開(kāi)度增加，氧濃度減小，當(dāng)處于每小時(shí)70噸的負(fù)荷條件下，氮氧化物的排放濃度將降低50%，而當(dāng)處于每小時(shí)90噸的負(fù)荷條件下，將降低40%。通常我們認(rèn)為采用燃煤機(jī)組系統(tǒng)能夠降低氮氧化物排放量，主要是由于燃煤機(jī)組系統(tǒng)能夠降低床層溫度，平衡正向和爐內(nèi)水平溫度分布，利用該系統(tǒng)能夠降低爐內(nèi)的氧含量。

5? 小結(jié)

總而言之，在本研究中分析了燃煤機(jī)組鍋爐低氮燃燒技術(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧含量降低時(shí)，此時(shí)鍋爐中氮氧化物的排放量也相應(yīng)降低，利用燃煤機(jī)組系統(tǒng)能夠降低床溫，進(jìn)而縮小爐膛中的溫差，以獲取較高的脫硝效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勇.240t/h燃煤機(jī)組鍋爐低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用探討[D].2017.

[2]陳建軍，周俊虎，朱占恒.130t/h燃煤機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造及調(diào)整試驗(yàn)[J].熱力發(fā)電，2017（2）.

[3]趙秋利，蘇少林.中小型燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].價(jià)值工程，2012，31（11）：32-33.