收缩

冶金信息装备网

  • 客服1 点击这里给我发消息
  • 客服2 点击这里给我发消息
  • 客服3 点击这里给我发消息
  • 客服4 点击这里给我发消息
  • 电话:0311-88357930
当前位置: 首页 » 冶金设备 » 冶金装备知识 » 正文

论布风板阻力特性对氮氧化物排放的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-11-19  浏览次数:683
 
核心提示:摘要循环流化床锅炉是目前我国最广泛的洁净煤燃烧技术之一,因为具有燃料适应性广、负荷调节能力强 以及环保性能强的特点在我国
 摘要 循环流化床锅炉是目前我国最广泛的洁净煤燃烧技术之一,因为具有燃料适应性广、负荷调节能力强

以及环保性能强的特点在我国得到了迅速发展。由于现在我们国家在环保方面面临压力巨大,所以在治理火电行业的大气污染物排放方面标准日趋严格,近期又出现了的超低排放、近零排放等动向,导致部分地区循环流化床锅炉在尾部增加湿法脱硫以及炉内脱硝等措施,这都对循环流化床锅炉的发展带来了更为严峻的挑战,循环流化床锅炉加上炉外脱硫再加上炉内脱硝,其综合经济性进一步降低,因此研究如何做到机组安全、环保、经济就成了当务之急。

本文作者根据在山西朔州2×50MW煤矸石电厂以及吕梁中钰热电2×135MW和国投大同电厂2×135MW以及同类型电厂上取得的实际经验,从循环流化床锅炉的燃烧调整与运行调整方面进行了较为深入的比较和研究,在循环流化床锅炉启动运行、优化燃烧调整、环保排放指标及煤矸石掺烧比例等方面提出了许多实用性的方法和措施。

关键词:布风板阻力 风帽 流化风量与布风板阻力曲线 氮氧化物

一、选题背景

任何一家发电企业最终追求的是企业利润的最大化,同时还要满足国家日益提高的环保要求,如何使得机组既能安全、经济、长周期运行又能达到环保的要求,就是每个电厂从事流化床锅炉运行工作人员值得研究的课题,本文根据实际运行情况对布风板阻力及氮氧化物的排放关系进行了大量的研究和实践,希望能找到简便易行的降低NOX排放的方法。

二、布风装置

布风装置是锅炉流态化燃烧的主要部件,布风装置主要有两种类型:即风帽式和密孔板,随着我国循环流化术锅炉的大型化,密孔板式布风装置应用的范围越来越小,现在大型循环流化床锅炉多采用布帽式布风板。

2.1风帽 风帽是流化床锅炉实现均匀布风以及维持炉内合理的气固两相流动和锅炉的安全经济运行的关键部件。

下图为典型的风帽式布风装置。

开孔率是风帽设计的一个重要参数。开孔率是指各风帽小孔面积的总和∑f与布风板有效面积Ab的比值,以百分率表示,即η=(∑f/Ab)×100%)。

一个稳定的流化床层要求布风板具有一定的压降,一方面使气流在布风板下的速度分布均匀,另一方面可以抑制由于气泡和床层起伏等原因引起颗粒分布和气流速度分布不均匀,布风板压降的大小与布风板上风帽开孔率的平方成反比。但布风板的压降给风机造成了压头损失与电耗,因此布风板设计中考虑维持均匀稳定床层需要的最小布风板压降。根据运行经验,布风板阻力为整个层阻力(布风板阻力加料层阻力)的20%~30%,可以维持床层稳定的运行。

2.2布风板 布风板的作用是支承风帽和隔热层,并初步分配气流。布风板的截面形状大小决定于密相区底部段的截面,厚度为30~40mm的整块铸铁板或分块组合而成的。不论布风板的形状是矩形的或圆形的,节距的大小取决于风帽的大小及风帽的个数与气流的小孔速度,为了便于固定和支撑,板布风板的实际加工尺寸要大一些。当采用多块钢板拼接时,必须用焊接或用螺栓连接成整体,以免受热变形,产生扭曲。漏风和隔热层裂缝。

布风板一般有水冷式布风板和非水冷式布风板两种。DG440/13.7-Ⅱ2型锅炉采用的便是水冷式布风板。大型流化床锅炉一般采用热风点火,要求启停时间短,变负荷快。为适应这些要求,消除热负荷快速变化对流化床锅炉燃烧系统带来的不利影响,采用水冷布风板是十分重要的。水冷式布风板采用膜式水冷壁管拉稀伸长形式,在管与管之间的鳍片上开孔,布置风帽,如下图。

2.3布风板阻力的测定 布风板阻力是指布风板上不铺底料时空气通过布风板的压力降。要使空气按设计要求通过布风板,形成稳定的流化床层,要求布风板具有一定的阻力。布风板阻力由风室进口端的局部阻力、风帽通道阻力及风帽小孔处局部阻力组成,在一般情况下,三者之中以小孔局部阻力为最大,而其它两项阻力之和仅占布风板阻力的几十分之一,因而布风板的阻力△Ρ可由公式1计算为:

测定时,首先将所有炉门关闭,并将所有排渣管、放灰管关闭严密,启动引风机、一次风机后,逐渐开大风门,缓慢地、均匀地增大风量,并相应调整引风,使炉膛负压为零。对应于每个送风量,从风室静压计上读出当时的风室压力即为布风板阻力。一直加到最大风量,每次读数时,都要把风量和风室静压的数值记下来。然后从最大的风量开始,逐渐减小风量,并记录每次的风量和风室静压的数值,直到风门全部关闭为止。把上行和下行的两次试验数据的平均值绘制成布风板阻力—风量关系曲线。

2.4布风板阻力试验

以下是某电厂两台哈锅135MW机组布风板阻力试验数据:

2.5布风板阻力与流化风量关系曲线

试验表明两台炉一次风量10万Nm3/h时#1炉布风板阻力为0.92Kpa、#2炉为0.75Kpa;12万Nm3/h时#1炉布风板阻力为1.24Kpa、#2炉为1.05Kpa;15万Nm3/h时#1炉布风板阻力为1.69Kpa、#2炉为1.35Kpa;18万Nm3/h时#1炉布风板阻力为2.39Kpa、#2炉为1.79Kpa;21万Nm3/h时#1炉布风板阻力为2.81Kpa,#2炉为2.21Kpa;25万Nm3/h时#1炉布风板阻力为3.87Kpa、#2炉为2.51Kpa

三、NOX生成的原因以及燃烧特性对燃料型NOx生成的影响:

3.1NOX生成的原因主要有以下几个方面:

(1)热力型NOx,是空气中的氮气在高温下氧化生成的NOx,一般在1300℃以上生成,占总量的10~20%;

(2)燃料型NOx,是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解之后又氧化而形成的NOx,占总量的75~90%;

(3)快速型NOx,是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢原子团反应而形成的NOx,其所占比例很小。

根据NOx生成的机理我们剔除掉热力型和快速型所占比例很小的部分,主要分析一下燃料型生成部分的原因和降低的措施:

3.2燃烧特性对燃料型NOx生成的影响:

(1)燃料特性的影响:

由于NOX主要来自于燃料中的氮,也就是说燃料中的氮含量越高,则NOX的排放量也越高,煤、尤其是挥发分中各种元素比也会影响到NOX的排放量,显然,O/N比越大,N越易被氧化,故NOX的排放量越高,S/N比会影响到各自的排放水平,因为S和N氧化时会相互竞争,故SO2排放量越高,则NOX的排放量越低,反过来SO2排放量越低,则NOX的排放量越高。

(2)过量空气系数的影响:

当采取分级送风时,约1/3左右的燃烧空气作为二次风送入密相区上方一定距离处,NOX的排放量可望达到最低水平,#1炉95MW负荷时,一次总风量约为19万Nm3,二次风约为15万Nm3,一二次风比为0.78,机组长周期稳定运行且飞灰和低渣可燃物较低,说明一二次风量配比得当。

(3)燃烧温度的影响:

燃烧温度对NOX的排放量的影响以取得共识,随着炉内温度的升高NOX的排放量也将升高,因此可以通过降低床温来控制NOX的排放量,但是降低床温会使CO浓度将增加,化学不完全燃烧损失增大,从而使得燃烧效率下降,因此一般床温控制在850~920℃较为适宜。

四、布风板阻力不同下燃烧工况对比

从以上数据可以看出由于布风板阻力不同燃烧工况就发生了很大的变化,主要表现在给煤量和床温上,布风板阻力大的平均负荷给煤量小、床温较低;布风板阻力小的平均负荷给煤量大、床温较高;#1炉低渣可燃物为1.99%、飞灰可燃物为5.11%;#2炉低渣可燃物为1%、飞灰可燃物为4.79%,说明布风板阻力大的燃尽率不高,经济性稍差,同时我们发现布风板阻力大的如#1炉氮氧化物排放量小于#2炉的,负荷在100MW以下时基本初始排放小于100mg/m3,#2炉则在同样工况下初始排放约在130g/m3左右,而且是二氧化硫保持差不多的前提下。

五、布风板阻力特性对NOX排放量的影响:

由于布风板阻力大典型工况下相对风速会加快,流化更加均匀,而且密相区还原性气体被吹散的几率更大,因此典型工况下布风板阻力越大NOX排放量越小。当然任何事物都没有绝对化的好坏,布风板阻力的大小也如此,流化速度对CFB最直接最主要的影响是其对循环物料扬折夹带的作用。鉴于考虑到随着高流速带的磨损能耗等问题,流化风速也有一个合适量问题,我国CFB技术开发较晚,初期因担心上述问题,有些炉子曾设计的4-5m/s,运行中发现循环物料不足,将风速提高后,状况大为改观,现也提高到5.5-6m/s,如哈锅135MW炉膛烟气流速为5.2m/s,与国外炉子比较接近。当然我们研究布风板阻力还要考虑到对给煤粒度的影响,CFB要求燃料中有较大比例的终端速度小于流化速度的细颗粒,以使得这些细煤粒一旦入炉后能被吹到悬浮段空间去燃烧,并且同时起到增加循环物料量的作用。燃料粒径的影响主要表现在其对密相区燃烧份额和物料平衡的影响上,燃料细颗粒多,密相区燃烧份额小,循环物料量大。

六、布风板阻力特性与低氮燃烧技术的关系

6.1低氮燃烧技术核心问题之一

那么我们看看低氮燃烧技术首要解决的问题就是炉膛中心缺氧问题,中心缺氧很大的一个原因还是二次风穿透力不够所致,由于流化床目前还普遍采用床上油枪设置,而床上油枪的设置直接影响到二次风的布置如图所示:

在油枪布置侧会取消中层二次风的设置,且床上油枪配的二次风管较粗,严重影响到二次风的压头,最终导致二次风刚性减弱穿透力不强,造成中心缺氧问题,而较大的布风板阻力某种程度上缓解了中心缺氧问题。

6.2低氮燃烧技术核心问题之二

第二个问题是床温不均和床温偏差问题,由于床温不均或者偏差都会影响到氮氧化物的排放,实践证明床温在850~920℃之间氮氧化物排放量最小,由于较大的布风板阻力流化均匀,床温不会过高,因此氮氧化物呈现较低状态。

6.3低氮燃烧技术核心问题之三

第三个是氧量取值合适问题:较高的氧量虽然对燃烧有利可以增加燃尽率,但是考虑到电耗会有所增加,带来的磨损也会增加,最终导致排烟温度的一定升高,但是较低的氧量对于完全燃烧来说也是明显不利的,因此必须找到最佳切合点,既能满足完全燃烧的需要又能满足炉内脱硫、脱硝的需求。

结论

对于循环流化床锅炉真正完全的达到环保要求的超低排放,主要还是根据现场设备情况,比如脱硝来说还要看初始排放的大小,决定单上SNCR或者加上SCR才能最终解决问题,我们这里讨论研究的是,当初始排放低于200mg/m3,甚至更低时单上SNCR时NOX排放值恰好在临界点附近,如果选取最佳的布风板阻力,可能会简单有效的达到预期的目的,这也是本文的目的所在,当然针对循环流化床锅炉燃烧这一个非常复杂的过程,每台锅炉必须做出较为准确的冷态空板助力试验数据和热态最佳流化数据,方能做出对应的运行中最低的流化风量和适合的风室压力,才能做到燃烧更加彻底、更加完全,在满足环保指标的情况下,最大幅度的提高燃烧效率,这样既提高了运行水平,又保证了循环流化床锅炉的安全、环保、经济运行。

参考文献:孙谢斌黄中《大型循环流化床锅炉技术与工程应用》中国电力出版社

蒋明华肖平《大型循环流化床锅炉技术》中国电力出版社

作者工作单位(国投大同能源有限责任公司)

 
 
[ 冶金设备搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 

推荐图文
推荐冶金设备
点击排行

 
关于我们 联系方式 付款方式 电子期刊 会员服务 版权声明 冀ICP备13016017号