引(yin)言

為了(le)(le)改(gai)善(shan)大(da)(da)氣(qi)環境質量，國家出臺了(le)(le)一系(xi)列(lie)環保政策，GB13271《鍋(guo)爐(lu)(lu)大(da)(da)氣(qi)污染物排(pai)(pai)放標(biao)準》于2014年(nian)頒布(bu)實施，對(dui)(dui)燃(ran)煤(mei)鍋(guo)爐(lu)(lu)的(de)污染物排(pai)(pai)放提(ti)出了(le)(le)更高的(de)要求，需要達(da)到 100mg /Nm³以下，特別是浙江省在 2018年(nian)頒布(bu)了(le)(le)DB33 /2147 -2018《燃(ran)煤(mei)電(dian)(dian)廠大(da)(da)氣(qi)污染物排(pai)(pai)放標(biao)準》地方(fang)標(biao)準，對(dui)(dui)燃(ran)煤(mei)機(ji)組等(deng)提(ti)出了(le)(le)比國家標(biao)準更嚴(yan)格的(de)超低(di)(di)排(pai)(pai)放要求，尤(you)其(qi)是對(dui)(dui)NOx排(pai)(pai)放濃度進行(xing)了(le)(le)嚴(yan)格的(de)控制(zhi)，需要達(da)到50mg/Nm³以下。寧波眾茂杭州灣(wan)熱電(dian)(dian)有限公(gong)司4號鍋(guo)爐(lu)(lu)于2007年(nian)12月投入使用(yong)，已不能滿足(zu)日益(yi)嚴(yan)格的(de)環保排(pai)(pai)放要求，在2016 年(nian)對(dui)(dui)4號鍋(guo)爐(lu)(lu)進行(xing)了(le)(le)低(di)(di)氮燃(ran)燒(shao)技術改(gai)造。本文介紹了(le)(le)這臺鍋(guo)爐(lu)(lu)低(di)(di)氮燃(ran)燒(shao)改(gai)造的(de)情況以及改(gai)造后的(de)效果，該(gai)低(di)(di)氮燃(ran)燒(shao)技術方(fang)案并在其(qi)余3臺鍋(guo)爐(lu)(lu)上得到了(le)(le)很好的(de)應用(yong)。

1低(di)氮(dan)燃燒技術改(gai)造

1.1鍋爐(lu)使(shi)用情況概(gai)述(shu)

寧波(bo)眾茂(mao)杭州灣熱電有(you)(you)限(xian)公(gong)(gong)司(si)使用的(de)4號鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)由無錫華光(guang)鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)股份有(you)(you)限(xian)公(gong)(gong)司(si)制造，型(xing)號為UG - 130 /5.3- M5的(de)次(ci)高溫次(ci)高壓(ya)循環流化床(chuang)鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)，單(dan)鍋(guo)(guo)(guo)(guo)筒橫置(zhi)式，單(dan)爐(lu)(lu)(lu)(lu)膛(tang)，自然循環，全懸吊(diao)結構，全鋼(gang)架 П 型(xing)布(bu)(bu)置(zhi)，設計煤(mei)種為煙(yan)煤(mei)。爐(lu)(lu)(lu)(lu)膛(tang)采(cai)用膜式水冷壁，鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)和煙(yan)道中間(jian)是(shi)絕熱式旋風分離器(qi)，尾部豎(shu)井(jing)煙(yan)道布(bu)(bu)置(zhi)兩級三(san)(san)組(zu)對流過熱器(qi)，過熱器(qi)下(xia)方布(bu)(bu)置(zhi)三(san)(san)組(zu)光(guang)管省(sheng)煤(mei)器(qi)及一、二次(ci)風各三(san)(san)組(zu)空氣(qi)預熱器(qi)。環保(bao)設施(shi)配(pei)有(you)(you)一套(tao)(tao)石灰石爐(lu)(lu)(lu)(lu)內脫(tuo)硫(liu)系統(tong)、一套(tao)(tao)SNCR脫(tuo)硝(xiao)系統(tong)、一套(tao)(tao)布(bu)(bu)袋除塵系統(tong)、一套(tao)(tao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)外(wai)濕(shi)法(fa)脫(tuo)硫(liu)系統(tong)。目(mu)前，鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)(lu) NOx原始排放濃度約 350mg /Nm³，采(cai)用“SNCR“脫(tuo)硝(xiao)工藝進行(xing)脫(tuo)硝(xiao) 后，NOx排放濃度可控制在(zai)90350mg/Nm³左(zuo)右，無法(fa)達到《燃煤(mei)電廠大氣(qi)污(wu)染物排放標(biao)準》中 NOx規(gui)定的(de)要(yao)求。因此，在(zai)2016年對該臺鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)進行(xing)了低氮燃燒技術改造。

1.2 低氮燃(ran)燒原理及(ji)影(ying)響因素

NOx主(zhu)要來源(yuan)于人類(lei)的(de)(de)活(huo)動，其(qi)中絕大部分來自燃(ran)(ran)料(liao)的(de)(de)燃(ran)(ran)燒，根據(ju)形成機(ji)理(li)，可分為燃(ran)(ran)料(liao)型(xing)(xing)NOx、熱力(li)型(xing)(xing) NOx以及(ji)(ji)瞬時型(xing)(xing)NOx，其(qi)中瞬時型(xing)(xing)NOx產生(sheng)的(de)(de)量很少，可忽略不計。循環流化(hua)床燃(ran)(ran)煤(mei)鍋爐(lu)產生(sheng)的(de)(de)主(zhu)要是燃(ran)(ran)料(liao)型(xing)(xing) NOx，大約占總 NOx的(de)(de) 75% ～ 90% ，其(qi)次(ci)是熱力(li)型(xing)(xing) NOx。燃(ran)(ran)料(liao)型(xing)(xing) NOx的(de)(de)生(sheng)成的(de)(de)反(fan)應過(guo)程和燃(ran)(ran)燒條件(jian)( 如溫(wen)度和氧氣)及(ji)(ji)各(ge)種成分的(de)(de)濃度密切相關。熱力(li)型(xing)(xing) NOx 生(sheng)成的(de)(de)原理(li)如下:

當燃燒區域溫度低(di)于 1000℃ 時(shi)，NO的(de)生(sheng)(sheng)成量較少，隨(sui)著溫度的(de)升(sheng)高，NOx的(de)生(sheng)(sheng)成速度按指數(shu)規(gui)律(lv)增加，當溫度足夠高時(shi)熱(re)力型 NOx可(ke)達20% 。因此(ci)，溫度對熱(re)力型 NOx 的(de)生(sheng)(sheng)成具(ju)有絕(jue)對性的(de)作用，另外(wai)，空氣(qi)系(xi)數(shu)和煙氣(qi)停(ting)留時(shi)間對熱(re)力型 NOx的(de)生(sheng)(sheng)成也有很大(da)影響。

根據上述分(fen)析，針對循環流化床(chuang)鍋爐的(de)運行特性，本次改造從爐膛溫(wen)度控制(zhi)、高溫(wen)旋風分(fen)離(li)(li)器的(de)分(fen)離(li)(li)效率(lv)，含(han)氧量，床(chuang)溫(wen)控制(zhi)，分(fen)級燃燒，布(bu)風板布(bu)置，返(fan)料系統的(de)優化等方(fang)面對4號鍋爐進行低氮燃燒技術改造。

1.3 改造內容

1.3.1增(zeng)加(jia)爐膛受熱面

1)增(zeng)加(jia)兩(liang)片水冷(leng)(leng)(leng)(leng)屏(ping)。在靠近前(qian)屛水冷(leng)(leng)(leng)(leng)壁(bi)處左(zuo)右各布置一片水冷(leng)(leng)(leng)(leng)屏(ping)，從(cong)前(qian)屏(ping)水冷(leng)(leng)(leng)(leng)壁(bi)中部(bu)(bu)穿進爐(lu)膛(tang)然后向上(shang)，從(cong)爐(lu)膛(tang)頂棚(peng)管(guan)(guan)(guan)穿出(chu)，并(bing)從(cong)兩(liang)根集中下(xia)(xia)降(jiang)管(guan)(guan)(guan)分別引出(chu)一根下(xia)(xia)降(jiang)管(guan)(guan)(guan)連接到水冷(leng)(leng)(leng)(leng)屏(ping)下(xia)(xia)集箱，水冷(leng)(leng)(leng)(leng)屏(ping)下(xia)(xia)部(bu)(bu)迎(ying)煙氣沖刷(shua)2.5米范圍內澆(jiao)注料敷設，將原(yuan)來(lai)水冷(leng)(leng)(leng)(leng)壁(bi)上(shang)集箱至汽包的(de)(de)(de) 12 根 直徑(jing)133 ×6 的(de)(de)(de)聯(lian)絡管(guan)(guan)(guan)更換成(cheng) 直徑(jing)194 × 10 的(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)子，其中兩(liang)根作為增(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)水冷(leng)(leng)(leng)(leng)屏(ping)的(de)(de)(de)聯(lian)絡管(guan)(guan)(guan)。通過增(zeng)加(jia)爐(lu)膛(tang)內受熱(re)面，運行過程中有利(li)于降(jiang)低爐(lu)膛(tang)溫度，減少 NOx的(de)(de)(de)生成(cheng)。

2)增加三片屏(ping)式過熱器。由于(yu)采用低(di)氮燃燒(shao)，床(chuang)溫和含(han)氧量(liang)降(jiang)低(di)后鍋爐在(zai)(zai)低(di)負荷運行(xing)時會(hui)影響主蒸汽的溫度，甚(shen)至會(hui)達(da)不到設計的溫度，在(zai)(zai)靠近(jin)前(qian)屛水冷壁中間部(bu)(bu)位(wei)均(jun)勻布置三片屏(ping)式過熱器，過熱器管材質(zhi)為(wei) 12Cr1MoVG，規格為(wei)直徑42 × 6，在(zai)(zai)管屏(ping)下(xia)部(bu)(bu)敷(fu)設澆注料(liao)。

通(tong)過增加(jia)爐膛內的(de)受熱面(mian)，既能(neng)降低(di)(di)爐膛溫度(du)，減少NOx的(de)生(sheng)成，又能(neng)保證鍋(guo)爐在低(di)(di)負荷(he)運行時主蒸汽的(de)溫度(du)。

1.3.2分系(xi)統(tong)的優化(hua)改(gai)造

1)旋風分離(li)器結(jie)構優化。將分離(li)器進(jin)口寬度由原來的 1200mm 縮小到 900mm，通(tong)過計算，這樣煙氣速度可(ke)以由原來的 22m/s 提(ti)高到 27m/s，提(ti)高分離(li)器的分離(li)效率，有利于(yu)降低床溫和含氧量。

2)返(fan)料(liao)(liao)(liao)系統的(de)(de)優化。將原來的(de)(de)返(fan)料(liao)(liao)(liao)箱(xiang)拆除，更換(huan)成新型的(de)(de)返(fan)料(liao)(liao)(liao)箱(xiang)，返(fan)料(liao)(liao)(liao)箱(xiang)風(feng)(feng)室(shi)隔(ge)成三部(bu)分，返(fan)料(liao)(liao)(liao)風(feng)(feng)分成三路(lu)獨(du)立風(feng)(feng)，使(shi)返(fan)料(liao)(liao)(liao)風(feng)(feng)形(xing)成高(gao)壓頭小風(feng)(feng)量，提高(gao)返(fan)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)可靠性。同時，將返(fan)料(liao)(liao)(liao)口下移并向爐膛中(zhong)間靠攏，這樣(yang)布(bu)置有利于(yu)返(fan)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)均(jun)勻(yun)性，使(shi)布(bu)風(feng)(feng)板同一平面處(chu)的(de)(de)溫度均(jun)勻(yun)性，減少床溫局部(bu)過高(gao)造成 NOx 生成量高(gao)的(de)(de)因素。

3)布風(feng)裝置(zhi)的(de)(de)優化。經(jing)過(guo)床(chuang)層冷態試驗發現(xian)，布風(feng)板(ban)上的(de)(de)床(chuang)料(liao)顆粒度分布不(bu)是均勻的(de)(de)，呈(cheng)現(xian)中間細(xi)，四(si)周粗的(de)(de)狀態，為了(le)保持整個床(chuang)面流化風(feng)保持一致，對布風(feng)板(ban)及(ji)風(feng)帽進行(xing)了(le)改造，風(feng)帽的(de)(de)開孔率呈(cheng)中心部(bu)位(wei)小，向四(si)周逐漸增(zeng)大(da)，使(shi)鍋爐在運行(xing)過(guo)程中流暢分布更均勻。

4) 二次(ci)風系(xi)統(tong)的(de)(de)優化。原來的(de)(de)二次(ci)風口(kou)離布(bu)風板高(gao)度僅有2米左右，造成還原區濃度不夠，分(fen)(fen)級燃燒不夠明顯，對二次(ci)風口(kou)進行(xing)了優化，保留原有的(de)(de)兩個風口(kou)，其他的(de)(de)風口(kou)改到離布(bu)風板 3.5米高(gao)度處(chu)，使得分(fen)(fen)級燃燒更加明顯。

5) 增加煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)再循環系統。為保證低(di)(di)負荷時一次(ci)風(feng)(feng)氧(yang)氣(qi)(qi)不過量、降低(di)(di) NOx 生成量，從引風(feng)(feng)機出口增設(she)一根直徑(jing)720x8煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)再循環管通(tong)往一次(ci)風(feng)(feng)機入口，用(yong)脫硫除塵(chen)后的低(di)(di)氧(yang)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)代替部分空(kong)氣(qi)(qi)，降低(di)(di)一次(ci)風(feng)(feng)氧(yang)含量，在(zai)保證床料充分流化的同時，控制一次(ci)風(feng)(feng)氧(yang)氣(qi)(qi)不過量，降低(di)(di) NOx 生成量。

1.4 水(shui)汽(qi)系(xi)統的(de)變(bian)化

由于增加了屏(ping)(ping)式(shi)過(guo)(guo)(guo)熱(re)器(qi)，汽(qi)水系統的蒸汽(qi)流向發(fa)生了變化，原來是汽(qi)包(bao)→包(bao)墻過(guo)(guo)(guo)熱(re)器(qi)→低溫(wen)過(guo)(guo)(guo)熱(re)器(qi)→減(jian)溫(wen)器(qi)→高溫(wen)過(guo)(guo)(guo)熱(re)器(qi)→集(ji)汽(qi)集(ji)箱，經(jing)過(guo)(guo)(guo)低氮燃(ran)燒改(gai)造后變成了汽(qi)包(bao)→包(bao)墻過(guo)(guo)(guo)熱(re)器(qi)→低溫(wen)過(guo)(guo)(guo)熱(re)器(qi)→一(yi)級減(jian)溫(wen)器(qi)→屏(ping)(ping)式(shi)過(guo)(guo)(guo)熱(re)器(qi)→二級減(jian)溫(wen)器(qi)→高溫(wen)過(guo)(guo)(guo)熱(re)器(qi)→集(ji)汽(qi)集(ji)箱。

2鍋(guo)爐(lu)運行試(shi)驗優化

2.1冷(leng)態試驗

2.1.1布(bu)風板均勻性試驗

在(zai)床(chuang)料(liao)充分流化(hua)后(hou)，迅速關掉一次風(feng)機(ji)，床(chuang)料(liao)自由(you)下落、堆積，觀察床(chuang)料(liao)表面(mian)平整，無明顯(xian)凹凸，表明布風(feng)板經改造(zao)優化(hua)后(hou)均(jun)勻性良好。

2.1.2冷態臨界沸騰風量的測(ce)量

根據料層與空板的阻力曲線(xian)等無法判斷最(zui)小流化風量，通過打開爐(lu)門用鉤(gou)(gou)耙在主床內鉤(gou)(gou)動(dong)，從手感上感覺沸(fei)騰(teng)效(xiao)果，確定最(zui)小流化風量約為38000m³/h。

2.2運行參數調整

通過(guo)冷態試驗可(ke)以發現床料的(de)均勻性得到了(le)很(hen)大的(de)改(gai)(gai)善，在(zai)不(bu)改(gai)(gai)變(bian)一次(ci)風(feng)(feng)量的(de)情(qing)況(kuang)下，通過(guo)調(diao)節(jie)新(xin)增二(er)次(ci)風(feng)(feng)口(kou)的(de)風(feng)(feng)量，優(you)化了(le)爐膛(tang)空氣(qi)分(fen)級燃(ran)燒(shao)，降低了(le) NOx 生(sheng)成量; 另(ling)外，在(zai)低負荷情(qing)況(kuang)下，通過(guo)調(diao)節(jie)煙氣(qi)再循環系統的(de)引入一次(ci)風(feng)(feng)機的(de)煙氣(qi)量，保持爐膛(tang)出口(kou)的(de) NOx不(bu)會大大提高，低氮(dan)燃(ran)燒(shao)技術改(gai)(gai)造后，床溫(wen)、爐膛(tang)出口(kou)溫(wen)度等參數有(you)了(le)明(ming)顯(xian)的(de)變(bian)化。

3改造后(hou)的效果分析

3.1 運(yun)行參數(shu)

鍋爐經低(di)氮燃燒(shao)改造后，最大出力可達到150t/h，與(yu)原設計最大出力一致，在(zai)30~110%額定(ding)負荷內能穩定(ding)燃燒(shao)，并且在(zai)較(jiao)低(di)負荷時，主蒸汽溫(wen)度能達到規(gui)定(ding)的溫(wen)度，改造后運行兩年時間以來，水冷壁管子磨損(sun)大大較(jiao)少。

3.2 NOx排放效果

鍋(guo)爐(lu)經(jing)低氮(dan)燃燒改造(zao)后(hou)，爐(lu)膛出口(kou)的(de)NOx生成量比改造(zao)前(qian)大大降低。目(mu)前(qian)，鍋(guo)爐(lu)經(jing)過近兩年時間的(de)運行(xing)，結合(he)“SNCR”脫硝工藝(yi)進(jin)行(xing)脫硝后(hou)，最終NOx排放濃度可控制在 50mg /Nm³以下的(de)超低排放要求。

4總結

1) 該鍋爐通過增(zeng)加鍋爐爐膛內受(shou)熱(re)面，優化旋風(feng)分離器結構(gou)、返料系統、布(bu)風(feng)裝(zhuang)置(zhi)，調整(zheng)二(er)次風(feng)系統風(feng)口布(bu)置(zhi)，增(zeng)加煙(yan)氣再循環系統等措施，鍋爐各項(xiang)性能指(zhi)標均能達到預期要求，并(bing)且(qie)以往(wang)存在的(de)水冷壁磨(mo)損問題得到了很大的(de)改(gai)善。

2) 低(di)氮燃(ran)燒改造后，在(zai)額定(ding)負(fu)荷(he)下，爐膛出(chu)口(kou) NOx 排放質量濃(nong)度從 350mg /Nm³降 至 100mg/Nm³以(yi)下，效果(guo)接(jie)近原來的最終 NOx排放濃(nong)度，優于預期效果(guo);經(jing)SNCR脫(tuo)硝后，最終排放濃(nong)度能達到(dao) 50mg /Nm³以(yi)下，運(yun)行穩定(ding)時甚至能達到(dao) 30mg /Nm3，氨逃逸量控制在(zai) 8mg /Nm³以(yi)內。

3) 針對原來(lai) CO 排(pai)放指標偏高的(de)(de)現(xian)象，通(tong)過(guo)合理選擇再循環(huan)煙(yan)氣量(liang)，旋(xuan)風分離器圓(yuan)柱段增加(jia)補(bu)燃(ran)噴嘴(zui)，從(cong)一次熱風風道(dao)接入一次風，與(yu)高溫煙(yan)氣混(hun)合，使煙(yan)氣中(zhong) CO 燃(ran)盡(jin)，從(cong)而有效(xiao)(xiao)的(de)(de)降低(di)了(le)CO 排(pai)放指標; 另外，通(tong)過(guo)燃(ran)料消耗量(liang)與(yu)產生的(de)(de)蒸汽量(liang)計算，改造后鍋爐熱效(xiao)(xiao)率并(bing)未(wei)降低(di)，熱效(xiao)(xiao)率與(yu)環(huan)保(bao)得到了(le)很(hen)好的(de)(de)平衡。