鍋爐低NOx燃燒調(diào)整試驗(yàn)分析

閆維明，宋國(guó)升，宋曉紅，侯海萍

(河北省電力研究院，河北 石家莊 050021)

0 引言

隨著國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)格，國(guó)家對(duì)大氣污染物的控制要求達(dá)到了空前的高度。GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》已于2012年1月1日正式實(shí)施，對(duì)于氮氧化物質(zhì)量濃度的限值為100 mg/m3。

為滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，眾多發(fā)電企業(yè)需進(jìn)行脫硝改造。為更大限度地降低脫硝裝置入口NOx濃度，降低脫硝改造成本，進(jìn)行鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)，在兼顧經(jīng)濟(jì)性、鍋爐效率以及未來(lái)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，通過(guò)調(diào)整獲得更加合理的脫硝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

根據(jù)國(guó)家及行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)組50%負(fù)荷工況下，對(duì)鍋爐燃燒調(diào)整中煙氣含氧量及其他污染物濃度進(jìn)行測(cè)試分析，供鍋爐低NOx燃燒調(diào)整時(shí)參考。

1 分析過(guò)程

主要選取5個(gè)工況進(jìn)行測(cè)試分析，具體見表1。

表1 各工況運(yùn)行調(diào)整情況

2 試驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)分析

2.1 工況1

2.1.1 煤質(zhì)分析

對(duì)該工況試驗(yàn)期間入爐煤進(jìn)行元素分析(燃用煤種為神混煤)，結(jié)果見表2。

表2 工況1煤質(zhì)分析結(jié)果

2.1.2 煙氣成分測(cè)試

在運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，對(duì)煙氣成分進(jìn)行了實(shí)際采樣測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 工況1下煙氣中NOx質(zhì)量濃度測(cè)試結(jié)果

在此工況下，空氣預(yù)熱器入口煙氣中氧的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.33%，平均過(guò)剩空氣系數(shù)為1.34，平均溫度為321.1℃，平均氮氧化物質(zhì)量濃度為120.1 mg/m3，折算到過(guò)剩空氣系數(shù)1.40狀態(tài)下的氮氧化物質(zhì)量濃度為115.0 mg/m3。因此，在此工況下，鍋爐尾部煙氣中NOx質(zhì)量濃度較低，這與鍋爐燃用煤種及使用低氮燃燒器等因素有關(guān)。

2.2 工況2

為弄清二次風(fēng)量對(duì)鍋爐尾部煙氣NOx質(zhì)量濃度的影響，對(duì)二次風(fēng)偏置進(jìn)行了增加10%的調(diào)整試驗(yàn)。

2.2.1 煤質(zhì)分析

煤質(zhì)參數(shù)同工況1。

2.2.2 煙氣成分測(cè)試

測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 工況2下煙氣中NOx質(zhì)量濃度測(cè)試結(jié)果

在此工況下，空氣預(yù)熱器入口煙氣中氧的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.75%，平均過(guò)剩空氣系數(shù)為1.38，平均溫度為321.2℃，平均氮氧化物質(zhì)量濃度為115.4 mg/m3，折算到過(guò)剩空氣系數(shù)1.40狀態(tài)下的氮氧化物質(zhì)量濃度為113.5 mg/m3。

2.3 工況3

因各機(jī)組均投入自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)模式，電網(wǎng)對(duì)各機(jī)組負(fù)荷的響應(yīng)速度要求較高。因此，在低負(fù)荷階段，為保證機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度滿足電網(wǎng)調(diào)度要求，一般投運(yùn)4臺(tái)磨煤機(jī)，確保機(jī)組和電網(wǎng)的穩(wěn)定。

2.3.1 煤質(zhì)分析

煤質(zhì)參數(shù)同工況1。

2.3.2 煙氣成分測(cè)試

在4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行的情況下，鍋爐尾部煙氣NOx質(zhì)量濃度測(cè)試記錄如圖3所示。

在此工況下，空氣預(yù)熱器入口煙氣中氧的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.63%，平均過(guò)剩空氣系數(shù)為1.37，平均溫度為322.3℃，平均氮氧化物質(zhì)量濃度為169.4 mg/m3，折算到過(guò)剩空氣系數(shù)1.40狀態(tài)下的氮氧化物質(zhì)量濃度為165.3 mg/m3。

2.4 工況4

為掌握燃燒煤質(zhì)對(duì)鍋爐燃燒煙氣中NOx質(zhì)量濃度的影響，對(duì)入爐煤進(jìn)行了調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)主要進(jìn)行了石炭煤的摻燒。

2.4.1 煤質(zhì)分析

該工況下燃用神混煤和石炭煤，其中，#2給煤機(jī)燃用神混煤摻燒石炭煤，#3給煤機(jī)燃用神混煤，對(duì)其入爐煤質(zhì)分別進(jìn)行元素分析，結(jié)果見表3、表4。

表3 工況4下#2給煤機(jī)煤質(zhì)分析結(jié)果

表4 工況4下#3給煤機(jī)煤質(zhì)分析結(jié)果

從對(duì)不同入爐煤質(zhì)的分析來(lái)看，摻燒石炭煤，其灰分明顯高于神混煤。

2.4.2 煙氣成分測(cè)試

煙氣成分測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4 工況4下煙氣中NOx質(zhì)量濃度測(cè)試結(jié)果

在此工況下，空氣預(yù)熱器入口煙氣中氧的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.67%，平均過(guò)剩空氣系數(shù)為1.37，平均溫度為311.0℃，平均氮氧化物質(zhì)量濃度為248.7 mg/m3，折算到過(guò)剩空氣系數(shù)1.40狀態(tài)下的氮氧化物質(zhì)量濃度為243.3 mg/m3。從結(jié)果來(lái)看，煙氣中NOx質(zhì)量濃度明顯高于工況3下的NOx質(zhì)量濃度，入爐煤灰分對(duì)于煙氣中NOx質(zhì)量濃度影響較大:灰分越高，煙氣中NOx質(zhì)量濃度越高。

2.5 工況5

為掌握磨煤機(jī)投運(yùn)數(shù)及鍋爐變工況(主要減少燃料量)對(duì)NOx質(zhì)量濃度的影響，在工況4的基礎(chǔ)上，停運(yùn)#4磨煤機(jī)，煤質(zhì)同工況4。

2.5.1 煤質(zhì)分析

煤質(zhì)參數(shù)同工況4。

2.5.2 煙氣成分測(cè)試

煙氣成分測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 工況5下煙氣中NOx質(zhì)量濃度測(cè)試結(jié)果

在此工況下，空氣預(yù)熱器入口煙氣中氧的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.61%，平均過(guò)剩空氣系數(shù)為1.36，平均溫度為312.5℃，平均氮氧化物質(zhì)量濃度為171.6 mg/m3，折算到過(guò)剩空氣系數(shù)1.40狀態(tài)下的氮氧化物質(zhì)量濃度為167.3 mg/m3。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)低氮燃燒調(diào)整試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，排放煙氣中NOx質(zhì)量濃度與投運(yùn)磨煤機(jī)數(shù)有關(guān)。在該試驗(yàn)中，機(jī)組50%負(fù)荷工況，投運(yùn)4臺(tái)與3臺(tái)磨煤機(jī)時(shí)，排放煙氣中NOx質(zhì)量濃度相差較大。投用4臺(tái)時(shí)，煙氣中NOx質(zhì)量濃度折算后最高可達(dá)到190mg/m3以上，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果平均折算質(zhì)量濃度為165 mg/m3，在其他影響參數(shù)穩(wěn)定時(shí)，其質(zhì)量濃度基本保持穩(wěn)定。

(2)排放煙氣中NOx質(zhì)量濃度與鍋爐燃用煤質(zhì)同樣有較大的關(guān)聯(lián)。機(jī)組50%負(fù)荷工況，摻燒石炭煤與否，對(duì)煙氣中NOx的質(zhì)量濃度影響較大。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，摻燒石炭煤并投運(yùn)4臺(tái)磨煤機(jī)時(shí)，煙氣中NOx質(zhì)量濃度最高達(dá)到260 mg/m3左右，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果平均折算質(zhì)量濃度為243 mg/m3。

(3)機(jī)組變負(fù)荷過(guò)程中，煙氣NOx排放質(zhì)量濃度會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，尤其在機(jī)組降負(fù)荷階段，NOx排放質(zhì)量濃度隨機(jī)組負(fù)荷的降低會(huì)出現(xiàn)較高值。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，在鍋爐工況發(fā)生較大變化時(shí)，如磨煤機(jī)運(yùn)行數(shù)量由4臺(tái)改為3臺(tái)，煙氣中NOx質(zhì)量濃度會(huì)出現(xiàn)先變大到最高值再降低的狀況。試驗(yàn)中，NOx質(zhì)量濃度折算后最高值達(dá)到324.4 mg/m3，隨著工況的逐漸穩(wěn)定，其質(zhì)量濃度基本穩(wěn)定在一定水平上。

(4)在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)組負(fù)荷及運(yùn)行工況、配風(fēng)方式在不停地變化，不可能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在50%額定負(fù)荷。因此，考慮到這種低負(fù)荷的穩(wěn)定時(shí)段較少，實(shí)際排放NOx質(zhì)量濃度高于試驗(yàn)中的測(cè)試值。

(5)為滿足電網(wǎng)調(diào)度對(duì)于機(jī)組AGC快速變負(fù)荷的要求，建議在短時(shí)的低負(fù)荷(50%負(fù)荷左右)工況下，采用投入4臺(tái)磨煤機(jī)的運(yùn)行方式，可在滿足調(diào)度需要的同時(shí)，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。推薦此工況作為低負(fù)荷的典型工況。

［1］黃新元.電站鍋爐運(yùn)行與燃燒調(diào)整［M］.2版.北京:中國(guó)電力出版社，2003.

［2］GB 13223—2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］趙華，徐良洪.660 MW超超臨界直流鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)［J］.安徽電力科技信息，2011(2):27 －30.

［4］代靜軼，李劍云.30 MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒試驗(yàn)［J］.華電技術(shù)，2010，32(S1):68 －70.