某电厂空气分级低NOx燃烧技术改造论文.doc

某电厂空气分级低 NOx 燃烧技术改造 摘要摘要 在燃煤电厂锅炉燃烧中 NOx 生成浓度高 排放量大 严重影响大气环境品 质 燃煤电站锅炉 NOX 的排放特性不但与燃烧技术有关 而且与煤种 炉温 锅炉 容量 锅炉结构以及运行参数等因素有关 对电站锅炉 NOX 生成原理和降低 NOX 排放浓度的途径进行了介绍 通过对锅炉内采用低 NOX 燃烧器 燃料分级燃烧以及 空气分级燃烧等几种低 NOX 燃烧技术的分析 得出采用空气分级降低 NOX的排放 是目前证明的最简便 投资最省的手段 具体到本课题就是通过某电厂实际使用情 况 现场了解采用空气分级后不同的二次风配风情况下 NOx 排放特性以及燃尽风 开度对 NOx 排放特性的影响 大量的炉膛温度数据表明 改造后炉膛温度场保持正 常 SOFA 开度对锅炉 NOx 排放量有直接影响且 SOFA 风大小变化后炉膛出口烟温 和排烟温度无大幅变化 主燃区无超温 二次风配风调整对 NOx 排放量影响有限 氧量过高会使火焰上移 进而造成炉膛出口烟温和排烟温度偏高 运行时应注意氧 量控制 关键词 关键词 燃煤锅炉 NOX 空气分级 SOFA 中图分类号中图分类号 TP2 Air classification of a power plant with low NOx Combustion Technology Abstract In the coal fired power plant boiler combustion NOx formation at high concentrations emissions volume seriously affecting the quality of atmospheric environment NOX emissions from coal fired boilers its combustion characteristics not only including technology but also coal furnace boiler capacity boiler structure or operating parameters or other factors Generated on the principle of utility boilers and reduce NOX and NOX emission concentration means were introduced to the boiler through the use of low NOX burners staged combustion of fuel and combustion air staging some low NOX combustion technology and analyze the use of air grading to reduce NOX emissions is to prove the most effective measures to reduce NOX emissions Specific to this issue is through the actual use of a power plant the scene at different secondary air with the wind case NOx emission characteristics and SOFA opening of the NOx emission characteristics A large number of furnace temperature data show that the transformation of low NOx burners the furnace temperature remained normal SOFA opening of the boiler NOx emissions have a direct impact and the size of changes in SOFA after the wind smoke a moderate furnace exit gas temperature without significant changes in the primary combustion zone without over temperature The adjustment of secondary air with the wind has less influent on NOx emissions Oxygen is too enough the flame on the move and cause mild smoke furnace outlet gas temperature rising running should pay attention to oxygen control Keywords Coal fired boiler NOX air classification SOFA Classification TP2 目目 录录 摘要 I ABSTRACT II 目 录 III 1 引言 1 1 1 低 NOX燃烧技术的概况 1 2 某电厂 1 号炉低 NOX 燃烧系统 5 2 1 设备简介 5 2 2 试验依据 8 3 现场热态试验工况安排 9 3 1 热态试验主要内容 9 3 2 主要测试参数的仪器设备及取值方法 10 4 试验结果分析及评价 15 4 1 SOFA 风开度对 NOX排放浓度和飞灰含碳量的影响 16 4 2 氧量对 NOX排放浓度和飞灰含碳量的影响 18 4 3 磨煤机投停投入对 NOX排放的影响 19 4 4 满负荷下的最优排放 19 4 5 改变二次风配比方式对 NOX排放的影响 19 4 6 炉膛温度场测量 19 4 7 SOFA 风开度对炉膛温度的影响 21 4 8 氧量对炉膛温度的影响 23 4 9 试验结果分析 24 5 总结与展望 25 参考文献 27 学位论文数据集 29 中国计量学院本科毕业设计 论文 1 1 引言引言 1 11 1 低低 NOxNOx 燃烧技术的概况燃烧技术的概况 煤炭工业是支撑我国国民经济发展的重要基础工业 经过几十年的发展 已 经有了雄厚的基础 据专家预测 在我国未来一次能源消费中煤炭仍将占到主导地 位 即使到 2050 年 煤炭在我国一次能源消费结构中的比例也不会低于 35 届 时 煤炭消费量仍将达到 20 多亿吨 煤炭在我国一次能源消费结构中占 70 以上 是我国主要能源形式 燃煤电站 工业锅炉和工业炉窖是三大煤耗主要设备 除电 站锅炉外 全国目前约有 55 万台燃煤工业锅炉和炉窑 而其中又以层燃工业锅炉 主要是链条锅炉 占总量 60 以上 为主 量大面广 耗煤量约占全国年耗煤总 量的 1 3 2005 年我国发电用煤约占总产煤量的 53 6 预计到 2OlO 年煤炭总产量的 67 以上将用于发电 这就决定了我国电站建设是以燃煤机组为主 大气中污染也 将以燃煤型污染为主要特征 燃煤锅炉排放的烟气中含有大量的 NOx 包括 NO NO2 N2O3 N2O 等 NOx 的排放给自然环境和人类生活带来了严重的危害 对人体的致毒作用 对植物的损害作用 是酸雨 酸雾的主要原因之一 与碳氢化合物形成光化学烟雾 参与臭氧层的破坏 1 随着电力建设的迅速发展 氮氧化物的排放日益严重 1999 2004 年 我国火电 NOx 排放总量增加 2357 万吨 几乎是 1987 1998 年间 NOx 增长量的总和 2005 年 我国氮氧化物排放总量为 1800 万吨左右 其中火电厂 NOx 排放比例在 50 以上 如不进一步采取有效的 NOx 排放控制措施 预计到 2020 年 氮氧化物排放量将达到 2900 万吨 而且火电 厂 NOx 排放将超过 SO2 因此控制火电厂 NOx 排放对缓解我国氮氧化物不断增长 的趋势至关重要 由于NOx在煤的燃烧产物中生成复杂 且其对人类乃至整个生态系统的危害大 对其排放量的控制已引起全球范围内的普遍重视 绝大多数国家和地区都制定了较 严格的限制NOx排放的法规和标准 中国也于1996年8月开始实施650 mg Nm 的 排放指标规定 近二 三十年来 欧美日等发达国家一直在致力于研究降低NOx的 燃煤技术 如前苏联的高浓度给粉技术 日本三菱重工的PM型燃烧器 美国B W 公司的PAX燃烧器和DRB XCL双调风旋流燃烧器及德国SM公司SM型旋流燃烧器等 都处于世界领先地位 这些技术措施和硬件设备有一个共同特点 改变燃烧器结构 和配风 组织浓淡燃烧和分级燃烧 中国近十几年也开始注重研究适合国情的低 NOx控制技术 各科研院所及高校在借鉴国外先进技术经验的同时 积极开展试验 研究 为促进国民经济发展和改善生态环境具有重要的现实意义 中国计量学院本科毕业设计 论文 就目前掌握的资料显示 电站锅炉中NOx生成途径有瞬间型 热力型和燃料型3 种类型 瞬间型NOx一般在富燃料碳氢火焰中占优 而在煤粉燃烧中其排放量仅占 总量的5 热力型NOx是空气中的氮在高温下氧化形成的 与燃烧区域的温度水平 和氧浓度有关 一般煤粉炉固态排渣燃烧方式下 当过剩空气系数小于0 95 和温 度小于1500 时 热力型NOx可以忽略不计 燃料型NOx是由燃料中含氮化合物在 燃烧过程中进行热分解而进一步氧化生成 与燃料特性以及锅炉运行状况关系密切 在电站锅炉NOx排放占主导地位 约为80 90 2 电站锅炉NOx排放控制技术可分为一次燃烧控制措施 如低NOx燃烧器 OFA 燃料再燃烧等 及二次烟气净化措施 SCR SNCR及组合型SCR SNCR 降 低NOx排放的首选燃烧控制 当采用燃烧控制措施还不能满足排放标准时 就需要 安装烟气脱硝装置 近年来关注的焦点集中在一次燃烧控制措施的研究与开发 一 次燃烧控制措施主要包括燃烧优化 炉内空气分级 燃烧器上部燃尽风OFA或二级燃 烧 燃料分级 部分燃烧器停运 燃料浓淡分离 燃料再燃烧或三级燃烧 烟气 再循环以及低NOx燃烧器 采用一次燃烧措施控制NOx的排放有效可行 燃煤锅炉排放的NOx可分为三类 分别是燃料型NOx 热力型NOx和快速反应型NOx 其中 快速反应型NOx所占比 例很小 燃料性NOx约占75 以上 热力型NOx约占25 以下 热力型NOx主要与 烟气温度有关 随烟气温度的降低 热力型NOx的生成量减小 氧浓度 化学当量比 对它的影响很小 燃料型NOx主要与氧浓度有关 在很大范围内几乎与温度无关 当火焰处于缺氧条件下 含氮基团与NO H反应生成分子N2 燃料型NOx的生成量 将降低 因为快速型NOx占总NOx的比例通常在5 以下 故在煤粉炉中可不予考虑 3 5 6 不同锅炉负荷 过量空气系数 热风温度 制粉系统运行方式燃烧器配风形 式 煤种的NOx燃烧排放特性也有所不同 7 8 根据燃煤锅炉NOx生成机理 采用分级燃烧是降低NOx的最有效方法 其配风 的基本原则应当是在各燃烧区保证热力型 瞬间型和燃料型NOx都处于较低的生成 水平 低NOx燃烧组织原则既可以通过调整炉膛结构 也可以通过燃烧器结构设计 及布置方式来实现 实际上 采用低NOx燃烧技术 应用低NOx燃烧器是降低NOx 排放最经济的方法 在低NOx燃烧技术中 还有再燃技术 燃料分级技术 烟气再循环技术以及采用 天然气再燃技术降低NOx排放技术 美国Energy and Environmental Research Corporation在158MW机组锅炉上 采用天然气再燃技术和低NOx燃烧器进行改造 达到了减少66 NOx排放的效果 此外 还可以采用洁净煤燃烧技术 大力发展循环硫化床锅炉及增压硫化床锅 炉配燃气轮机的燃气 蒸汽联合循环机组 以达到环保要求 目前国内外普遍采用的低NOx燃烧技术有 中国计量学院本科毕业设计 论文 1 分级送风技术 炉内空气分级技术通常称之为两级燃烧 主要是通过减少主燃烧区空气量 同 时为了保证适当的总过剩空气量而将一部分空气在主燃烧区上部送入炉内以完成燃 尽过程 OFA 炉内空气分级需要将燃烧空气分成主燃区与再燃区两部分 主燃区 空气 约占总风量的70 90 与燃料混合反应后会形成燃烧温度较低 氧量不足 燃料富集的燃烧区域 在此还原性气氛下 从而抑制了NOx的生成 再燃区空气 约 占总风量的10 30 则通过独立布置在燃烧器上部的燃尽风喷嘴送入炉内从而实 现分级燃烧 在这一区域完成燃尽过程并使火焰体积增大 从而在温度相对较低的 燃尽区进一步抑制了NOx的生成 OFA喷嘴的相对位置及其燃尽风在炉内与烟气混 合的充分性是获得高效低NOx燃烧的关键 2 燃料分级燃烧技术 燃料分级燃烧通常采用的形式是燃料再燃烧技术 因其燃烧过程分成主燃烧区 二次 再燃烧区及燃尽区三个区域 所以也称为三级燃烧技术 其目的是把主燃烧 区域中生成的NOx在次燃烧区还原成为分子氮气 N2 以降低NOx排放 3 低NOx燃烧器 低NOx燃烧器总的设计原则是 使在燃烧器内部或出口射流的空气分级 设计 特点是控制每只燃烧器中燃料与空气的混合过程 使燃烧推迟 延长火焰行程 降低 火焰温度峰值 从而减少NOx生成量 4 复合低NOx燃烧技术 所谓复合低NOx燃烧技术 就是把分级送风技术 燃料分级再燃技术以及低 NOx燃烧器等结合起来 进行锅炉低NOx燃烧整体优化设计 达到对锅炉综合治理 的目的 11 纵观低NOx燃烧技术的发展过程 亦可大致划分为三代 第一代低NOx燃烧技术措施 这一代措施不要求对燃烧系统做大的改动 只是对燃烧装置的运行方式或部分 运行方式做调整或改进 因此简单易行 可方便地用于现役装置 但NOx的降低幅 度十分有限 第二代低NOx燃烧技术措施 这一代措施的特征是助燃空气分级送入燃烧装置 从而降低初始燃烧区 也称 一次区 的氧浓度 相应地也降低火焰的峰值温度 属于这一代措施的有现阶段广 泛应用于电站锅炉的各种低NOx空气分级燃烧器 如ABB CE公司的整体炉膛空气 分级直流燃烧器 同轴燃烧系统 CFS CFS 低NOx同轴燃烧系统 LNCFS 及其种类繁多的变异型式 TFS2000燃烧系统 B W公司的双调风旋流燃烧器 DRB DRB XCL Steinmuller公司 德国Babock公司的各种旋流燃烧器等等 第三代低NOx燃烧技术措施 中国计量学院本科毕业设计 论文 这一代措施的主要特征是空气和燃料都是分级送入炉膛 燃料分级送入可在燃 烧器区的下游形成一个富集NH3 CmHn HCN的低氧还原区 燃烧产物通过此区 时 已经生成的NOx会部分地被还原为N2 属于这一代措施是空气 燃料分级低 NOx旋流燃烧器和用于切圆燃烧方式的三级燃烧 具体到本次研究的课题 即空气分级低NOx燃烧技术改造 此次进行的是某电 厂1号锅炉低NOx燃烧系统改造 为系统地研究锅炉的低NOx燃烧效果 摸索最佳的 低NOx燃烧运行方式 获得各风门的合理开度 于2010年4月21日至23日进行了现场 热态调整工作 在保证安全生产的前提下寻找最佳运行工况 降低锅炉污染物排放 提高锅炉经济性 并研究低NOx燃烧系统对炉内温度场的影响 实炉现场多工况热态调整试验包括不同配风情况 不同负荷和不同氧量等多工 况下的烟气NOx生成浓度 炉内温度 飞灰可燃物等有关项目的测试工作 获得了 锅炉的低NOx燃烧特性 并提出低NOx燃烧优化运行指导措施 得到1号锅炉目前的 最优NOx排放水平和最佳运行工况 中国计量学院本科毕业设计 论文 2 2 某电厂某电厂 1 1 号炉低号炉低 NOxNOx 燃烧系统燃烧系统 2 12 1 设备简介设备简介 某电厂 1 号锅炉为上海锅炉厂生产的 SG 420 13 7 M418A 型 125MW 超高压 一次中间再热自然循环燃煤锅炉 采用中间储仓式制粉系统 乏气送粉 燃烧器为 直流式四角布置切圆燃烧 每组燃烧器设有三层一次风和五层二次风喷嘴 一二次 风间隔布置 燃烧器中心标高为 15500mm 一二次风切圆采用双切圆布置 假想大 切圆直径为 800 小切圆为 200 锅炉主要设计参数见表 2 1 表 2 1 某电厂 1 锅炉的主要设计参数 BMCR 名称名称数据数据 锅炉型号 SG 420 13 7 M418A 额定蒸发量 420t h 过热蒸汽温度 540 过热蒸汽压力13 7 MPa 表压 再热蒸汽流量 350 t h 再热蒸汽压力进 出 2 62 2 44 MPa 再热蒸汽温度进 出 324 540 给水温度 240 热风温度 310 锅炉设计效率 90 7 炉膛宽 深 9600 8840 mm2 该炉设计燃用烟煤 其煤质特性见下表 2 2 表 2 2 燃煤分析 序号序号名称名称符号符号单单 位位设设 计计校核校核 1 碳 Car 55 8452 42 2 氢 Har 3 213 19 3 氧 Oar 8 317 74 4 氮 Nar 0 670 64 5 硫 Sar 0 660 81 6 灰分 Aar 23 7125 7 7 水分 Mar 7 69 5 9 发热量 Qnet ar pkJ kg2093819678 10 挥发份 Vdaf 30 3934 16 11 灰变形温度 DT 11601120 12 灰软化温度 ST 12201180 13 灰熔融温度 FT 12901250 锅炉的结构布置见图 2 1 燃烧器切圆布置见图 2 2 低 NOx 改造后的锅炉设计 配风见表 2 3 中国计量学院本科毕业设计 论文 图 2 1 锅炉结构布置简图 中国计量学院本科毕业设计 论文 图 2 2 燃烧器切圆布置图 表 2 3 1 炉低 NOx 改造设计配风 名称名称风率风率 风温风温 风速风速 m sm s 一次风 2874 328 68 二次风 67 831045 炉膛漏风 4 2 中国计量学院本科毕业设计 论文 2 22 2 试验依据试验依据 GB 10184 88 电站锅炉性能试验规程 GB T 16157 1996 固定污染物排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法 GB 13223 2010 火电厂大气污染物排放标准 中国计量学院本科毕业设计 论文 3 3 现场热态试验工况安排现场热态试验工况安排 于 2010 年 4 月进行的热态试验 工况表见表 3 1 表 3 1 某电厂热态调试时间工况表 时间时间工况描述工况描述备注备注 2010 年 4 月 21 日 14 21 负荷 102 9MW 单磨 A 表盘氧量 A B 6 0 7 1 SOFA1 2 开度 32 7 49 9 工况 1 17 05 开始调 17 25 调好调低氧量 表盘氧量 A B 4 9 5 9 其余不变工况 2 18 45 开 B 磨双磨运行工况 3 19 50 开大 SOFASOFA1 2 开度 40 60 氧量控制在 5 以下工况 4 21 08 调整二次风AA 层二次风关小到 40 最上层二次风开大到 45 工况 5 2010 年 4 月 22 日 10 05 关小 SOFA SOFA1 2 开度 23 23 表盘氧量 A B 7 0 6 0 工况 6 11 00 开大 SOFASOFA1 2 开度 70 80 表盘氧量 A B 6 9 5 6 工况 7 15 00 将氧量调整到 5 以下 SOFA1 2 开度 40 60 15 05 SOFA1 2 开度 40 65 15 30 投入喷氨 喷氨约 18 00 结束 工况 8 喷 氨前 2010 年 4 月 23 日高负荷 15 00 开始加负荷 125MW SOFA1 2 开度 60 80 高负荷下喷氨有 但前面 喷氨不稳定 工况 9 喷 氨后 15 55喷氨停 16 10调整 SOFA 到全开工况 10 16 15负荷下降 SOFA 调整到 SOFA1 2 开度 34 37 3 13 1 热态试验主要包括以下内容 热态试验主要包括以下内容 1 氧量对 NOx 排放度的影响 1 额定负荷下 目前常规氧量 2 额定负荷下 变化两个氧量水平 测试氧量对 NOx 排放 飞灰 炉内温度的 影响 通过以上试验 获得在保证安全的条件下 最佳的氧量控制方式 2 SOFA 分离布置燃尽风 风量变化对 NOx 排放的影响 1 SOFA 风在当前运行开度下的锅炉 NOx 排放特性 2 两层 SOFA 开大工况下 测试锅炉 NOx 排放特性 3 两层 SOFA 关小工况下 测试锅炉 NOx 排放特性 通过以上试验 获得最佳的 SOFA 投运方式 3 改变二次风配比方式对 NOx 排放的影响 适当增加上部二次风入炉风量 测试二次风分级燃烧对 NOx 排放的影响 4 磨煤机投停投入对 NOx 排放的影响 中国计量学院本科毕业设计 论文 1 双台磨运行 2 单台磨运行 5 不同负荷条件下的锅炉 NOx 排放状况分析 1 100MW 锅炉负荷 不同配风及氧量状态的锅炉 NOx 排放 炉膛温度 机械 不完全燃烧损失测试 2 125MW 满负荷最优排放 炉膛温度 机械不完全燃烧损失测试 3 23 2 主要测试参数的仪器设备及取值方法主要测试参数的仪器设备及取值方法 3 2 1 排烟 NOx 浓度及氧量分析 采用电厂尾部烟道安装的西门子烟气在线分析系统的烟气成分测量数据 该系 统每分钟记录一次烟气测点 A B 侧的 NOx 浓度 mg Nm3 及氧量 并可软件输出 汇总表 修正时间后 对照工况表中各工况的时刻 在烟气成分表中找到对应区段 在数据稳定的部分取连续 10min 做平均 即得到各工况对应的排烟 NOx 浓度及氧量 百分数 在取值平均时检查数据保证其中无反常点 烟气成分取值时刻见下表 中国计量学院本科毕业设计 论文 表 3 2 CEMS 系统烟气成分测量数据取值 A A 侧侧B B 侧侧平均平均 工况 1 4 月 21 日 14 25 14 34 NOx mg Nm3415 38503 53459 46 O2 6 635 836 23 工况 2 4 月 21 日 17 39 17 48 NOx mg Nm3351 83436 70394 26 O2 4 854 104 47 工况 3 4 月 21 日 19 03 19 12 NOx mg Nm3313 64396 47355 06 O2 4 524 074 29 工况 4 4 月 21 日 20 14 20 23 NOx mg Nm3286 42368 25327 34 O2 4 313 884 09 工况 5 4 月 21 日 21 22 21 31 NOx mg Nm3296 87372 78334 83 O2 4 664 124 39 工况 6 4 月 22 日 10 19 10 28 NOx mg Nm3355 28433 82394 55 O2 5 895 425 65 工况 7 4 月 22 日 11 24 11 33 NOx mg Nm3296 95379 13338 04 O2 6 515 365 93 工况 8 4 月 22 日 15 04 15 13 NOx mg Nm3318 68395 36357 02 O2 5 414 404 91 工况 9 4 月 23 日 16 04 16 13 NOx mg Nm3183 61255 26219 44 O2 2 741 522 13 工况 10 4 月 23 日 16 14 16 18 NOx mg Nm3173 42248 07210 75 O2 2 451 622 04 上表中的 NOx 浓度应换算成全氮 NO2 换算比例为 NO2和 NO 分子量的比 即 1 533 同时 为了相互比较 需要再统一折算为 6 O2下的标准值 不同基准氧含 量的 NOx 值换算公式如下 NOx 待换值 NOx 测量值 3 1 测量值 待换值 O 20 9 O 20 9 2 2 各工况的标准 NOx 浓度 全氮 NO2计 6 O2 的结果请见试验结果汇总表 3 2 2 炉膛烟气温度 用红外线高温计在燃烧器附近和炉膛出口处的观火孔进行测量 使用雷泰红外 高温计 共对七个标高平面进行了炉膛温度测量 测量重点为一次风区域及喷氨区 域 各工况炉膛温度数据请见表 4 5 测点位置示意图见下图 中国计量学院本科毕业设计 论文 3 4 2 1 10 35m A B 7 8 6 5 A B 11 12 10 9 A B 13695m m 15255m m 15 13 A B 26500m m 14 17 16 A B 28500m m 18 21 20 A B 31500m m 24 23 22 图 3 1 炉膛温度测点分布图 3 2 3 飞灰取样 在空预器出口两侧的水平烟道取样管取 A B 两侧灰样 每次取样前先排空放 净管内残余 每工况取一次 化验其可燃物含量 各飞灰含碳量请见试验结果汇总 表 3 2 4 煤粉取样 分别在当日 9 点 40 分和次日 16 点 34 分取煤粉样 取样点为 D2 给粉机取样口 中国计量学院本科毕业设计 论文 经某大学热能所马尔文 MS2000 激光粒度仪进行煤粉粒径分析 得到了粒径分 布图以及筛分表 表中给出了各孔径的通过率 由 100 减去表中 90 m 孔径对应 通过率可得煤粉样 R90 的值 分析结果如下 煤粉样 1 R90 27 02 体积平均粒径 76 572 m 不 不 不 不 不 m 102000 121700 141400 161180 181000 20850 25710 30600 35500 不 不 不 不 不 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 17 不 不 不 不 不 不 不 不 不 m 100 0035500 100 0040425 100 0045355 100 0050300 100 0060250 100 0070212 100 0080180 100 00100150 99 83120125 不 不 不 不 不 0 83 1 41 1 64 2 02 2 05 2 36 3 18 3 97 不 不 不 不 不 不 不 不 不 m 99 83120125 99 00140106 97 5917090 95 9520075 93 9323063 91 8827053 89 5332545 86 3440038 82 37 不 不 不 不 不 4 36 5 03 6 24 6 33 6 32 5 81 5 65 不 不 不 不 78 01 72 98 66 74 60 41 54 09 48 28 42 63 粒粒度度分分布布 0 01 0 1 1 10 100 1000 10000 粒度 m 0 1 2 3 4 5 体积 煤粉1 平均 2009年4月29日 19 26 58 中国计量学院本科毕业设计 论文 煤粉样 2 R90 25 12 体积平均粒径 68 150 m 粒 粒度 度分 分布 布 0 01 0 1 1 10 100 1000 10000 粒度 m 0 1 2 3 4 5 体积 煤粉2 平均 2009年4月29日 19 35 20 中国计量学院本科毕业设计 论文 4 4 试验结果分析及评价试验结果分析及评价 本次现场热态调整试验共进行了 10 个工况 下表4 1列出了每个工况对应的 NOx 排放浓度 全氮 NO2 6 O2 烟气氧量百分数 飞灰含碳量及锅炉负荷数据 表 4 1 某电厂 1 锅炉低 NOx 排放调整试验数据汇总 工况工况名名 称称 负荷负荷 MW MW CEMSCEMS 系统系统 NOxNOx mg Nm mg Nm3 3 6 6 O O2 2 表盘氧量表盘氧量 A BA B CEMSCEMS 系统测系统测 量氧量量氧量 飞灰含碳量飞灰含碳量 1 SOFA1 32 7 SOFA2 49 9 氧量高 单磨 A 运行 102 9 MW715 47 1 6 06 234 84 2 SOFA1 32 7 SOFA2 49 9 氧量中 等 单磨 A 运行 102 3MW548 15 9 4 94 474 10 3 SOFA1 32 7 SOFA2 49 9 氧量中 等 双磨运行 102 3MW488 35 3 4 64 294 19 4 改变 SOFA 风开度 SOFA1 40 2 SOFA2 60 3 双 磨运行 氧量中等 102 4MW444 85 4 4 84 094 41 5 调整二次风 AA 层二次风关小到 40 最上层二次风开大到 45 102 1MW463 25 3 4 64 396 82 6 调整 SOFA 开度 SOFA1 23 1 SOFA2 23 7 氧 量较高 双磨运行 103 2MW591 07 0 6 05 65 取不到飞灰 7 调整 SOFA 开度 SOFA1 70 2 SOFA2 79 9 氧 量高 双磨运行 102 4MW515 86 9 5 65 933 72 8 调整 SOFA 开度 SOFA1 40 SOFA2 65 氧量较高 双磨运行 103 4MW510 06 2 4 94 913 09 9 满负荷 SOFA1 60 SOFA2 80 氧量较低 125MW267 02 9 3 22 134 81 10 满负荷 SOFA1 100 SOFA2 100 氧量较低 125MW255 22 9 3 22 04 时间短 取 不到飞灰 对当日和次日取样的煤粉进行工业分析 元素分析以及发热量测试 分析结果 见下表4 2 和 4 3 表 4 2 燃煤分析表 入炉煤粉 工业分析工业分析 元素分析元素分析 煤粉样煤粉样 MadMadAadAadVadVadFCadFCadCadCadHadHadNadNadSadSadOadOad Qnet ad pQnet ad p kJ kg kJ kg 13 5620 9825 3350 1359 994 370 770 449 8923750 23 8620 9327 6847 5360 584 40 870 149 2222981 对原煤取样进行全水分测试 测试结果为 13 6 得到燃煤收到基分析表 煤 的特性分析表明 取样煤种与设计煤种区别不大 但挥发分偏少 尤其是测试煤种 中国计量学院本科毕业设计 论文 的水分较多 可能对煤的着火有影响 表 4 3 燃煤分析表 收到基 工业分析工业分析 元素分析元素分析 煤粉样煤粉样 MadMadAadAadVadVadFCadFCadCadCadHadHadNadNadSadSadOadOad Qnet ad pQnet ad p kJ kg kJ kg 113 618 7922 6944 9153 743 910 690 398 8621277 213 618 8124 8742 7154 43 950 780 128 2820652 4 14 1 SOFASOFA 风开度对风开度对 NOxNOx 排放浓度和飞灰含碳量的影响排放浓度和飞灰含碳量的影响 SOFA 风是低 NOx 燃烧改造中的关键技术 在已经进行的现场热态燃烧调整试 验结果表明 在满负荷时 由于采用了 SOFA 技术 使本次低 NOx 燃烧改造的 NOx 下降幅度达到 50 左右 本次试验的重点为测试 100MW 负荷下 燃烧器改造工程的减排效果 由改造前 试验工况 1 2 可知 改造前 95MW 典型工况下 NOx 的排放量 总氮 按 NO2计 折算到 6 O2 为 700 mg Nm3左右 1 炉改造前的测试结果表 4 4 具体细节可 参阅电力试验研究院某电厂 1 炉燃烧改造前测试报告数据 中国计量学院本科毕业设计 论文 表 4 4 某电厂 1 炉低 NOx 燃烧改造前烟气成份测量分析数据 项项 目目 名名 称称单位单位工况工况 1 1工况工况 2 2工况工况 3 3工况工况 4 4工况工况 5 5工况工况 6 6工况工况 7 7 负荷 MW95 395 5125125125125125 投运磨煤机 ABABABABAB 表盘氧量 7 6 6 27 3 6 15 1 4 24 8 4 05 1 4 16 1 5 44 5 3 3 A 侧排烟实测 O2 9 29 07 86 97 28 16 4 A 侧排烟实测 NOx PPm289 4 269 2324 1331 1307 6 308 7 295 2 B 侧排烟实测 O2 8 18 06 75 96 07 15 5 B 侧排烟实测 NOx PPm311 9300 1341 1356 9308 4352 3308 4 平均排烟 O2 8 658 57 256 46 67 65 95 平均排烟 NOx PPm300 65284 65332 6344308330 5301 8 平均 NOx 质量浓度 mg m3616584682705631677619 6 O2换算 NOx 质量浓度 mg m3751699742725659756618 而本次热态试验的工况 2 工况 3 以及工况 4 的试验数据显示 机组在 100MW 负荷运行时 中等氧量条件下 表盘氧量 5 2 5 5 实测氧量 4 4 5 左右 SOFA 风在中等开度时 上层 SOFA1 开度 30 40 下层 SOFA2 开度 50 60 NOx 排 放浓度 总 N 折算到 6 O2 可控制在 440 550 mg Nm3左右 飞灰含碳量在 4 0 4 4 左右 有此可见 100MW 左右负荷的典型工况下 NOx 的排放量可降低 200 mg Nm3以上 降幅 30 左右 而且 在上述工况的基础上继续开大 SOFA 风的开度 或者降低氧量 都可以 使 NOx 的排放量进一步降低 由工况 3 与工况 4 对比分析可见 在相似的氧量条件下 O2分别为 4 29 和 4 09 SOFA 风由 33 50 开大到 40 60 后 NOx 的排放量由 488 mg Nm3下 降到 445 mg Nm3 由工况 6 与工况 7 对比分析可见 在相似的氧量条件下 O2分别为 5 65 和 5 93 SOFA 风由 23 23 开大到 70 80 后 NOx 的排放量由 591 mg Nm3下 降到 516 mg Nm3 上述两组工况对比表明 SOFA 风开度对 NOx 排放量影响明显 而且在中等开 度下的小量调整就能产生灵敏的 NOx 排放的响应 同样由工况 3 与工况 4 对比分析可见 在相似的氧量条件下 O2分别为 4 29 和 4 09 SOFA 风由 33 50 开大到 40 60 后 飞灰含碳量有所增加 由 4 19 增 至 4 41 中国计量学院本科毕业设计 论文 对比工况 7 和工况 8 可以看到 SOFA 风对飞灰含碳量的影响 虽然氧量由 4 9 提 高至 5 9 SOFA 风开度由中等水平 40 60 开大至 70 80 依然导致飞灰含 碳量上升了 0 6 可见 SOFA 风开度由中等水平向较大开度的调整会显著影响飞 灰燃尽性 考虑到两个工况的氧量相差 1 左右 估算在 100MW 负荷时 SOFA 风开 度由 40 60 开大至 70 80 会使飞灰含碳量增加约 1 5 2 工况 7 和工况 8 对比也可看出 高氧量抵消了 SOFA 风开大的影响 NOx 的排 放量没有减少 在运行调整中应对此加以注意 4 24 2 氧量对氧量对 NOxNOx 排放浓度和飞灰含碳量的影响排放浓度和飞灰含碳量的影响 通过本次热态试验发现 在机组 100MW 负荷运行时 氧量对 NOx 排放浓度和 飞灰含碳量的影响明显 对比工况 1 和工况 2 在相同条件下 氧量由 6 2 降至 4 5 表盘氧量由 6 5 降 至 5 5 后 NOx 排放量 总 N 折算到 6 O2 由 715 mg Nm3降至 548 mg Nm3 降幅巨大 对比工况 4 和工况 8 SOFA 风开度相近 40 60 左右 氧量由 4 9 降至 4 1 表盘氧量由 5 5 降至 5 1 后 NOx 排放量 总 N 折算到 6 O2 由 510 mg Nm3降至 445 mg Nm3 由上述两组工况的对比可见 当氧量处于偏高水平时 大于 5 氧量的升高 会使 NOx 排放量急剧上升 因此 建议控制氧量上线 避免锅炉长时间处于高氧量 的运行状态 而当氧量保持在中等水平及以下时 小于 5 表盘氧量小于 6 其对 NOx 排放量的影响相对缓和 由工况 4 和工况 8 的对比同样可以看到氧量对飞灰含碳量的影响 SOFA 风开 度相近 40 60 左右 氧量由 4 9 降至 4 1 表盘氧量由 5 5 降至 5 1 后 飞灰含碳量由 3 09 升至 4 41 可见 在正常工况下 氧量的高低对飞灰含碳量 的多少有着直接的影响 在运行中需要综合考虑氧量对于 NOx 排放量和飞灰含碳量 正反两方面的作用 设计煤种相比 目前使用的煤种水分较大 造成着火推迟 进而飞灰含碳量比 预期偏大 另一方面也与煤粉细度有关 通过马尔文粒径分析仪对现场取样的煤粉 进行测定 得到 R90 分别为 27 和 25 如能适当调细煤粉细度 可以提高锅炉的 煤粉燃尽率 由于通过分析发现 相比满负荷时 锅炉处于 100MW 负荷下 SOFA 风开度和氧量对飞灰含碳量的影响更大 建议燃用较难燃尽考虑更细的煤粉细度 中国计量学院本科毕业设计 论文 4 34 3 磨煤机投停投入对磨煤机投停投入对 NOxNOx 排放的影响排放的影响 试验工况 1 和工况 2 为单磨运行工况 与其他工况相比明显可以看出 单磨运 行时 NOx 排放量偏高 由工况 2 和工况 3 的对比估算 100MW 负荷时双磨运行的 NOx 排放量比单磨运行高 50 mg Nm3左右 4 44 4 满负荷下的最优排放满负荷下的最优排放 工况 9 和工况 10 进行了满负荷 125MW 下最优排放的试验 检验低 NOx 燃烧 改造的最大效果 工况 9 的 SOFA 风开度为中高水平的 60 80 氧量控制在 2 23 的 低水平 试验得到的 NOx 排放量 折算 NO2 6 O2 仅为 267 mg Nm3 飞灰含碳 量 4 81 结果理想 4 54 5 改变二次风配比方式对改变二次风配比方式对 NOxNOx 排放的影响排放的影响 在 100MW 负荷下 工况 5 在工况 4 的基础上减小了下下二次风的开度 增加 了上上二次风的开度 即由一般工况的下下 52 中下 32 中上 32 上 42 上上 30 调整为下下关至 即 AA 40 上上开大到 45 这种调整增 强了二次风的分级配风 但从两工况的 NOx 排放来看 并没有明显的变化 而且调 整后的二次风配比使飞灰含碳量突升 达到 6 82 4 64 6 炉膛温度场测量炉膛温度场测量 中国计量学院本科毕业设计 论文 表 4 5 炉膛温度场数据汇总 单位 工况工况 1 1工况工况 3 3工况工况 4 4工况工况 5 5工况工况 6 6工况工况 7 7工况工况 8 8工况工况 9 9 9 米层 观火口 1 10581252125212341066112411321286 观火口 2 10341174125112881090107211961280 观火口 3 10601215121912491110113411421241 观火口 4 10801231131212871066114011991260 9 米层平均 温度 1058 01218 01258 51264 51083 01117 51167 31266 8 下一次风标高 观火口 5 13401433148614981212142614661526 观火口 6 13601462144514801395147014501479 观火口 7 13601308133113601376121213971461 观火口 8 14001465146214451441143814521447 下一次风 标高平均 温度 1194 41417 01431 01445 81356 01386 51441 31478 3 中一次风标高 观火口 9 13301465145314711433144614891480 观火口 10 14401455144214751445149414811514 观火口 11 13501426143914761429148214881513 观火口 12 13601456146814661451148314811459 中一次风 标高平均 温度 13701450 51450 514721439 51476 31484 81491 5 一层喷氨枪 27 5m 喷氨枪 13 11201177121012441193118512611279 喷氨枪 14 11231192123712311176117012911351 喷氨枪 15 11201133118012051180115611901280 一层喷氨 枪 27 5m 平均温度 1121 01167 31209 01226 61183 01170 31247 31303 3 二层喷氨枪 29 5m 喷氨枪 16 1020112111181112109210521197 喷氨枪 17 1060104011201105111410921230 喷氨枪 18 947103210821104106511141191 二层喷氨 枪 29 5m 平均温度 1009 01064 31106 711071090 310861206 二层喷氨上方观火孔 观火孔 19 9379549971128 三层喷氨枪 31 5m 中国计量学院本科毕业设计 论文 喷氨枪 20 8608668799068818559491017 喷氨枪 21 8307858179248469139741094 喷氨枪 22 850892847848886881931 观火孔 23 866836899947 观火孔 24 8469249081105 三层喷氨 枪 31 5m 平均温度 846 7847 7847 7892 7865 0881 8932 21040 8 将上表绘制图线 以方便对比 5101520253035 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 三层氨喷枪 二层氨喷枪 炉膛温度 标高 m 工况1 工况3 工况4 工况5 工况6 工况7 工况8 工况9 各各工工况况炉炉膛膛温温度度测测量量平平均均值值 10 35m层 下一次风 中一次风 一层氨喷枪 图 4 1 各工况炉膛温度曲线 4 74 7 SOFASOFA 风开度对炉膛温度的影响风开度对炉膛温度的影响 为了分析 SOFA 风开度对炉膛温度的影响 选出了两组工况对比 中国计量学院本科毕业设计 论文 标高 m 5101520253035 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 三层氨喷枪 二层氨喷枪 一层氨喷枪 中一次风 下一次风 10 35m层 炉膛温度 工况3 SOFA 33 50 工况4 SOFA 40 60 S SO