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低氮燃烧器改造对锅炉运行的影响

低氮燃烧器改造对锅炉运行的影响

2020-07-03 19:21

      煤做为我国生产生活中最主要的一次能源在给国民经济带来发展、人民生活带去方便的同时也给环境带来了严重的污染。火力发电厂做为燃煤消耗最大行业在为社会带来清洁能源的同时其排放出的主要污染物粉尘、SO2、NOx等对人类的生存环境构成了严重的危害。近年来,随着我国逐步与世界上先进国家接轨和国民环保意识的不断增强使得环境保护成为当前首要任务。国家有关部门不断出台了有关环境保护的政策、法规、标准,用来约束、规范工农业生产以改善日益恶化的自然环境。2011年7月18日环境保护部批准并发布了《火电厂大气污染物排放标准》,新标准对现有和新建火电项目的污染物排放限值进行了严格的限制。为适应新标准的要求各火力发电厂在原有安装除尘装置的基础上纷纷上马了脱硫脱硝装置控制SO2、NOx的排放。采用低氮燃烧器可以在燃烧过程中抑制NOx的生成反应,从而降低NOx的最终排放量。但对于原有电站锅炉由于未考虑对NOx的控制在设计生产过程中忽略了这方面对锅炉的影响,而在改造过程中由于缺乏试验数据使改造后的锅炉在运行中出现了一系列的问题。本文根据现场实际运行情况对所出现的问题进行了总结与分析。 
  2 低NOx燃烧技术介绍 
   为了控制燃烧过程中NOx的生成量需采取低氮燃烧器。其原理是:一般把一次风分成浓淡两股,浓相在内,更靠近火焰中心;淡相在外,贴近水冷壁。浓相在内着火时,火焰温度相对较高,但是氧气比相对较少,故生成的氮氧化物的几率相对减少;淡相在外,氧气比相对较大,但由于距火焰高温区域较远,温度相对较低,故氮氧化物的生成也不会很多。 
   运行控制原则为:(1)降低过量空气系数和氧气浓度,使煤粉在缺氧条件下燃烧;(2)降低燃烧温度,防止产生局部高温区;(3)缩短烟气在高温区的停留时间等。低NOx燃烧技术主要包括:低过量空气系数、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低NOx燃烧器。 
   低氮燃烧技术的脱硝效率可达25~40%,能够从源头上有效控制NOx的生成,再加上烟气脱硝从而使最终NOx的排放达标。 
  3 低氮燃烧器改造后对锅炉运行的影响 
  3.1 低氮燃烧器改造后对锅炉燃烧稳定性的影响 
   改造后将原三层燃烧器合并为集中的主燃烧区。由于低氮燃烧器一次风喷口集中且浓淡组合并且采用了接力热回流环涡稳燃等技术手段,在燃烧过程尺度上利用热力与动力不对称性原理使三种动涡连续相扣,特别是喷口处煤粉热解着火后碳的着火燃烧区段的三场特性利于与炉中心复合射流大涡的复合连接。环涡内碳粒有较高的内回流率延长了在环涡内停留时间,显著提高了环涡内碳燃烧发热量,这是热量积累主要来源。环涡稳燃、着火、碳燃烧、碳燃尽全过程链环稳固,这是优于单纯喷口稳燃的原因所在。根据机组运行情况看采用低氮燃烧器后由于燃烧器喷口间距离减小使燃烧区更集中,在低负荷烧劣质煤时燃烧的稳定性增强,出现火检大幅摆动的次数明显减少。减少了因燃烧不稳投油助燃的次数,与同期相比锅炉因煤质、燃烧造成的灭火次数大大减少,提高了锅炉燃烧的安全性。 
  3.2 低氮燃烧器改造后对过、再热汽温的影响 
   改造后的燃烧器燃烧器喷口整体下降了1米左右,将原来的3层燃烧器以最下层燃烧器为标准,其余燃烧器标高向下移,造成火焰中心下降各受热面吸热量减少出口汽温降低,对再热汽温的影响尤为明显。低氮改造后机前压力对过、再热汽温影响也较大。由于机组协调本身存在调整缓慢的问题,压力跟踪与调整跟不上,容易造成超调,连带着汽温变化幅度大。加上主燃烧器只有一组摆动火嘴,一、二次风配比上受低氧燃烧要求的限制,所以汽温调整手段受限,调整时间较长,也影响机组效率。为保证出口温度在规定范围内在低负荷时需使用上层制粉系统并将火咀摆至较高位置,这又会导致受热面超温。因此如何保证在受热面不超温的情况下保持出口温度在规定范围内成为低氮燃烧器改造后的另一课题。通过调整试验发现当燃尽风的喷口向上摆动式,再热蒸汽的温度会有所上升,向下摆动时,温度会有所下降。在正常负荷下,当喷口向上摆动0°~10°时,蒸汽温度会提升10℃~20℃范围内。摆角超过10°时,对蒸汽温度温度的提升效果就不再明显。因此摆动角度范围控制在±15°之间,以防止摆动范围过大摆动火咀销子受力过大而拉折。另外还可在保持安全供氧余度的前提下,采用在一定范围内调节氧气供给量来对再热蒸汽的温度进行调整。在低氮燃烧工况下,一般规律是减少氧量会引起气温上升,否则就会有所下降。在调节时,应视负荷大小每次增减空气供给量在20~50Nm3/h之间(负荷低时调节量就应小些,反之亦然),每次调节应等待锅炉状态稳定后,视气温变化幅度和效果再行决定是否继续调节,如果效果不明显则可停止继续调节。 
  3.3 低氮燃烧器改造后对飞灰与锅炉效率的影响 
   根据氮氧化合物生成机理,影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性,而降低氮氧化合物生成量的途径主要有两个方面:一是降低火焰温度,防止局部高温;二是降低过量空气系数和氧浓度,使煤粉在缺氧的条件下燃烧。低氮改造后燃烧器下移合并为主燃烧区要求采用低氧燃烧,过剩空气系数低,完全依靠顶层燃尽风燃烧,煤粉燃尽效果不明显,在线飞灰采集显示飞灰偏大。同时为维持再热汽温,现经常采用上层制粉系统,且一次风压大,二次风辅助风开度不足,加剧了飞灰的产生。锅炉飞灰增加使煤粉不完全燃烧程度增加,降低了锅炉效率。另外于由飞灰量及飞灰颗粒的增加还会增加尾部受热面的磨损减少其使用寿命。因此合理控制飞灰并保证烟气出口含氮量是低氮改造后我们运行调整的另一要务。当飞灰含碳量大时,可开大主燃烧器区域二次风门,关小燃尽风门,使煤粉在第一燃烧区与氧气充分混合燃烧提高煤粉的燃烬度从而降低锅炉的飞灰含量。 
  3.4 低氮燃烧器改造后对锅炉氧量的影响 
   合理的二次风供给是保证锅炉燃烧稳定的必要条件,在运行调整上主要以控制氧量为调整依据。通常,一个负荷下对应会有一个最佳的运行氧量使排烟损失和气体、固体未燃尽损失之和最低,锅炉效率最高。机组投入BLR运行方式下由于负荷波动频繁送风调节跟不上负荷的变化尤其在快速升负荷时锅炉氧量经常处于较小范围甚至出现负氧量情况,不仅对锅炉燃烧产生不利的影响而且会降低脱硫的效率。因此在负荷变动时要加强对送风量的调节尤其在调整燃尽风开度的同时要配合调整各层二次风门的开度保证合理的送风量维持合适的锅炉氧量,避免因二次风门及燃尽风门开度过小使送风机出力减小对送风机及锅炉的安全运行带来威胁。 
  3.5 低氮燃烧器改造后对炉膛结焦的影响 
   虽然低氮燃烧器改造时采用了横向双区布置、加装贴壁风、纵向空气分级以及一二次风逆向射流等手段控制受热面结焦的问题。但运行中发现水冷壁及燃烧器喷口处仍有较大程度的结焦情况。尤其启动下层制粉系统时对负压影响明显变大,说明主燃烧区燃烧工况不好。由于主燃烧区缺氧燃烧,所以燃烧器附近与水冷壁结焦严重,在降负荷中经常出掉焦现象,更加恶化了主燃烧区的工况。 
  4 结论 
   尽管低氮燃烧器对锅炉运行会有多方面的不利影响并且仅依靠其控制NOx并不能达到当前环保要求,但配合烟气脱硝技术后将会使发电厂的NOx排放降至一个更低的水平,使发电企业在为社会提供清洁能源的同时减少对环境的危害。总之低氮燃烧器改造是老发电企业适应当前发展要求的一项重要举措,对保护环境有着重要意义,我们应该大力提倡。 


 

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