燃烧优化调整对NOx排放和锅炉效率的影响——蔡培
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硝效率。
1 试 验
1． 1 试验机组概况 本文 试 验 对 象 是 上 锅 生 产 的 SG - 1151 /
17． 5-M4008 亚临界参数汽包炉,采用自然循环、四 角切向燃烧,单炉膛,一次再热,平衡通风,锅炉紧身 封闭,室内布置,固态排渣,为全钢架悬吊结构 π 型 汽包锅炉,锅炉最大连续蒸发量 1 151 t / h。 制粉系 统采用中速磨煤机直吹式制粉系统,共设 5 台中速 磨煤机,其中 4 台运行,1 台备用。 空气预热器进风 加热方式、一次风和二次风系统均采用暖风器加热 系统,锅炉主要设计参数(设计煤种)见表 1。
收稿日期:2018-06-29;责任编辑:白娅娜 DOI:10. 13226 / j. issn. 1006-6772. 18062901 基金项目:中国国电集团公司科技项目( D2017Y006) 作者简介:蔡 培(1963—) ,男,安徽合肥人,高级工程师,硕士,主要从事电力试验检测研究。 E-mail:caipei3514@ 126. com 引用格式:蔡培,葛荣存,葛铭,等. 燃烧优化调整对 NOx 排放和锅炉效率的影响[ J] . 洁净煤技术,2018,24(5) :77-83.
( Key Laboratory for Clean and Efficient Coal-Fired Power Generation and Pollution Control,Guodian Science and Technology Research Institute,Nanjing 210023,China)
工业分析 / %
Mad
Aad
Vad
FCad
元素分析 / %
Cad
Had
Oad
Nad
Qnet,ad /
Sad
( MJ·kg-1 )
14． 40
19． 03
35． 51
31． 06
52． 91
3． 17
9． 14
0． 60
0． 75
19． 93
试验中将热电偶和烟枪捆绑插入炉膛尾部烟道 中,分别测量空气预热器入口和出口的温度,测试期 间用 testo350 与烟枪管道相连测量 NO、O2 、CO 的含 量,其测量精度分别可达到 ±5 ×10-6 、±0． 2% 、±10 × 10 -6 。
77
2018 年第 5 期
洁净煤技术
第 24 卷
放标准达到燃气的排放标准[4] ,其中 NOx 排放要低 于 50 mg / m3 ,但 NOx 的浓度和锅炉效率有着相互矛 盾的关系。 为追求高效的燃烧效率和较低的 NOx 排放,各大电厂进行了系统的机组优化试验,因此,
燃煤机组的燃烧优化调整已成为研究的重点和热 点[5-6] 。
0 引 言
我国资源秉性决定了我国中长期以煤为主的能 源结构特点[1] ,2017 年我国煤炭消耗量已超过 38 亿 t,其中燃煤火力发电是我国煤炭资源的主要利用
形式,也是我国当前的主要发电形式。 研 究 表 明, 燃 烧 1 t 煤 可 产 生 8 ~ 9 kg 的
NOx [2-3] ,由于 NOx 对人体和全球生态环境危害甚 大,环保排放日益引起重视。 2014 年出台的《 煤电 节能减排升级与改造行动计划》 要求燃煤机组的排
摘 要:为研究燃烧调整对 NOx 排放和锅炉效率的影响,在 330 MW 煤粉炉机组满负荷运行工况下, 通过调整过量空气系数、SOFA 风开度、二次风配风方式、周界风开度以及燃烧器摆角,测定了尾部烟 道 SCR 入口 A、B 两侧的 NOx 排放浓度及其相关数据,并计算得到锅炉效率,研究了各因素对 NOx 排 放浓度和锅炉效率的影响。 结果表明,运行氧含量较低时能降低 NOx 浓度并保证较高的锅炉效率; 倒塔配风的 NOx 排放浓度比正塔配风和均等配风分别低约 9． 1% 和 7． 8% ,倒塔配风最低,正塔配风 最高;锅炉效率随着 SOFA 风开度的减小呈先上升后下降趋势,而 NOx 浓度呈递增趋势;随着周界风 开度的逐渐增大,锅炉效率先减小后增加,而 NOx 排放逐渐增大,周界风开度变化 7% ,锅炉效率变化 1% 左右;随着燃烧器摆角的增加锅炉效率先呈上升后呈下降趋势,而 NOx 浓度呈下降趋势。 关键词:NOx 排放;燃烧优化调整;锅炉效率;电站锅炉;过量空气系数;配风方式 中图分类号:TK227． 1 文献标志码:A 文章编号:1006-6772(2018)05-0077-07
1． 2 试验煤样及试验设备 试验煤样的工业分析和元素分析见表 2。 试验
所用的测量仪器主要有 K 型热电偶、EIC 数据采集 系统、testo350 、顺 磁 氧 传 感 器、 温 湿 度 计、 气 流 筛 分 仪,靠背管、电子微压计等。
表 2 试验煤样的工业分析和元素分析
Table 2 Proximate and ultimate analyses of coal sample
燃煤电厂 NOx 的生成主要分为热力型( thermal NOx) 、燃料型( fuel NOx ) 、快速型( prompt NOx ) ,其 中燃 料 型 NOx 占 电 站 锅 炉 NOx 生 成 的 75% ~ 90% [7] 。 学者们根据不同 NOx 生成机理开发了不 同降低 NOx 生成和排放的方法,主要有选择性催化 还原法( SCR) 、选择性非催化还原法( SNCR) 、空气 分级、燃料分级以及烟气再循环[8-10] 。
Effect of combustion optimization adjustment on NOx emission and boiler efficiency
CAI Pei,GE Rongcun,GE Ming,CHEN Hui,CHEN Guoqing,WANG Xiujun,DAI Weibao
表 1 锅炉主要参数 Table 1 Main design parameters of boiler
项目
BMCR 额定工况( BRL)
最大连续蒸发量( BMCR) / ( t·h-1 ) 过热器出口蒸汽压力 / MPa 过热器出口蒸汽温度 / ℃ 再热蒸汽流量 / (t·h-1 ) 再热器进口蒸汽压力 / MPa 再热器出口蒸汽压力 / MPa 再热器进口蒸汽温度 / ℃ 再热器出口蒸汽温度 / ℃ 省煤器进口给水温度 / ℃ 排烟温度(修正前) / ℃ 排烟温度(修正后) / ℃
CAI Pei,GE Rongcun,GE Ming,et al. Effect of combustion optimization adjustment on NOx emission and boiler efficiency[ J] . Clean Coal Technology,2018,24(5) :77-83.
对于已投运的机组,降低 NOx 最直接、最快捷 的的方法是通过燃烧优化调整实现减排的目的。 岳峻峰等[11] 对某电厂 600 MW 超超临界机组墙式
切圆燃烧系统进行分析,说明油枪风对 NOx 的排 放影响最大。 尚达等[12] 对 1 000 MW 超超临界机
组进行燃烧调整,发现倒塔配风的锅炉效率最高, 炉膛出 口 NOx 排 放 量 最 低。 李 德 育 等[13] 研 究 了 炉内配风对 NOx 排放特性的影响,发现合理的炉 内配风可使 NOx 炉膛出口浓度降低 15% 左右。 杨 玮等[14] 对 330 MW 贫煤机组进行调整,认为对 于 燃用贫煤的机组采用 SNCR+SCR 的方式可提高脱
Abstract:In order to study the effect of combustion optimization adjustment on NOx emission and boiler efficiency,the NOx emission concentration of tail flue in A and B sides was measured by adjusting the excess air coefficient,SOFA wind opening,secondary air distribution mode,surrounding air opening and burner swing angle. Besides,the boiler efficiency was calculated by recording the related data of DCS and collecting samples. Effect of combustion optimization adjustment on NOx emission and boiler efficiency was researched. The results show that NOx concentration can be reduced and higher boiler efficiency can be guaranteed by decreasing oxygen contents. The NOx emission concentration of inverted tower is 9. 1% and 7. 8% lower than the normal tower and equal distribution wind,respectively. The inverted tower is the lowest and normal tower is the highest. The boiler efficiency increases with the increase of SOFA wind opening and later slightly decreases, while the concentration of NOx increases with the increase of SOFA wind opening. With the increase of surrounding air opening,boiler efficiency firstly decreases and then increases,while the NOx emissions increases gradually. The boiler efficiency changes about 1% with surrounding air opening increasing 7% . The boiler efficiency firstly increases and then decreases with the increase of burner swing angle. Key words:NOx emission;combustion optimization adjustment;boiler efficiency;;plant boiler;excess air coefficient;air distribution mode
第 24 卷第 5 期
2018 年 9 月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol． 24 No． 5 Se炉效率的影响
蔡 培,葛荣存,葛 铭,陈 辉,陈国庆,王秀军,戴维葆
( 国电科学技术研究院 清洁高效燃煤发电与污染物控制国家重点实验室,江苏 南京 210023)
1 151 17． 50 541 993． 6 3． 680 3． 527 323 541 277 134 128
1 017 17． 42
541 961． 5 3． 548 3． 400
320 541 275 134 128
对于不同机组其燃烧的最优方式存在较大差 异,本文根据已有的工程经验,结合不同大机组的 燃烧调整方案,针对 330 MW 典型机组进行系统性 的燃烧调整优化,并得到详细的现场试验比较结 果,以分析燃烧优化调整对 NOx 排放和锅炉效率 的影响。
1 试 验
1． 1 试验机组概况 本文 试 验 对 象 是 上 锅 生 产 的 SG - 1151 /
17． 5-M4008 亚临界参数汽包炉,采用自然循环、四 角切向燃烧,单炉膛,一次再热,平衡通风,锅炉紧身 封闭,室内布置,固态排渣,为全钢架悬吊结构 π 型 汽包锅炉,锅炉最大连续蒸发量 1 151 t / h。 制粉系 统采用中速磨煤机直吹式制粉系统,共设 5 台中速 磨煤机,其中 4 台运行,1 台备用。 空气预热器进风 加热方式、一次风和二次风系统均采用暖风器加热 系统,锅炉主要设计参数(设计煤种)见表 1。
收稿日期:2018-06-29;责任编辑:白娅娜 DOI:10. 13226 / j. issn. 1006-6772. 18062901 基金项目:中国国电集团公司科技项目( D2017Y006) 作者简介:蔡 培(1963—) ,男,安徽合肥人,高级工程师,硕士,主要从事电力试验检测研究。 E-mail:caipei3514@ 126. com 引用格式:蔡培,葛荣存,葛铭,等. 燃烧优化调整对 NOx 排放和锅炉效率的影响[ J] . 洁净煤技术,2018,24(5) :77-83.
( Key Laboratory for Clean and Efficient Coal-Fired Power Generation and Pollution Control,Guodian Science and Technology Research Institute,Nanjing 210023,China)
工业分析 / %
Mad
Aad
Vad
FCad
元素分析 / %
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Had
Oad
Nad
Qnet,ad /
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( MJ·kg-1 )
14． 40
19． 03
35． 51
31． 06
52． 91
3． 17
9． 14
0． 60
0． 75
19． 93
试验中将热电偶和烟枪捆绑插入炉膛尾部烟道 中,分别测量空气预热器入口和出口的温度,测试期 间用 testo350 与烟枪管道相连测量 NO、O2 、CO 的含 量,其测量精度分别可达到 ±5 ×10-6 、±0． 2% 、±10 × 10 -6 。
77
2018 年第 5 期
洁净煤技术
第 24 卷
放标准达到燃气的排放标准[4] ,其中 NOx 排放要低 于 50 mg / m3 ,但 NOx 的浓度和锅炉效率有着相互矛 盾的关系。 为追求高效的燃烧效率和较低的 NOx 排放,各大电厂进行了系统的机组优化试验,因此,
燃煤机组的燃烧优化调整已成为研究的重点和热 点[5-6] 。
0 引 言
我国资源秉性决定了我国中长期以煤为主的能 源结构特点[1] ,2017 年我国煤炭消耗量已超过 38 亿 t,其中燃煤火力发电是我国煤炭资源的主要利用
形式,也是我国当前的主要发电形式。 研 究 表 明, 燃 烧 1 t 煤 可 产 生 8 ~ 9 kg 的
NOx [2-3] ,由于 NOx 对人体和全球生态环境危害甚 大,环保排放日益引起重视。 2014 年出台的《 煤电 节能减排升级与改造行动计划》 要求燃煤机组的排
摘 要:为研究燃烧调整对 NOx 排放和锅炉效率的影响,在 330 MW 煤粉炉机组满负荷运行工况下, 通过调整过量空气系数、SOFA 风开度、二次风配风方式、周界风开度以及燃烧器摆角,测定了尾部烟 道 SCR 入口 A、B 两侧的 NOx 排放浓度及其相关数据,并计算得到锅炉效率,研究了各因素对 NOx 排 放浓度和锅炉效率的影响。 结果表明,运行氧含量较低时能降低 NOx 浓度并保证较高的锅炉效率; 倒塔配风的 NOx 排放浓度比正塔配风和均等配风分别低约 9． 1% 和 7． 8% ,倒塔配风最低,正塔配风 最高;锅炉效率随着 SOFA 风开度的减小呈先上升后下降趋势,而 NOx 浓度呈递增趋势;随着周界风 开度的逐渐增大,锅炉效率先减小后增加,而 NOx 排放逐渐增大,周界风开度变化 7% ,锅炉效率变化 1% 左右;随着燃烧器摆角的增加锅炉效率先呈上升后呈下降趋势,而 NOx 浓度呈下降趋势。 关键词:NOx 排放;燃烧优化调整;锅炉效率;电站锅炉;过量空气系数;配风方式 中图分类号:TK227． 1 文献标志码:A 文章编号:1006-6772(2018)05-0077-07
1． 2 试验煤样及试验设备 试验煤样的工业分析和元素分析见表 2。 试验
所用的测量仪器主要有 K 型热电偶、EIC 数据采集 系统、testo350 、顺 磁 氧 传 感 器、 温 湿 度 计、 气 流 筛 分 仪,靠背管、电子微压计等。
表 2 试验煤样的工业分析和元素分析
Table 2 Proximate and ultimate analyses of coal sample
燃煤电厂 NOx 的生成主要分为热力型( thermal NOx) 、燃料型( fuel NOx ) 、快速型( prompt NOx ) ,其 中燃 料 型 NOx 占 电 站 锅 炉 NOx 生 成 的 75% ~ 90% [7] 。 学者们根据不同 NOx 生成机理开发了不 同降低 NOx 生成和排放的方法,主要有选择性催化 还原法( SCR) 、选择性非催化还原法( SNCR) 、空气 分级、燃料分级以及烟气再循环[8-10] 。
Effect of combustion optimization adjustment on NOx emission and boiler efficiency
CAI Pei,GE Rongcun,GE Ming,CHEN Hui,CHEN Guoqing,WANG Xiujun,DAI Weibao
表 1 锅炉主要参数 Table 1 Main design parameters of boiler
项目
BMCR 额定工况( BRL)
最大连续蒸发量( BMCR) / ( t·h-1 ) 过热器出口蒸汽压力 / MPa 过热器出口蒸汽温度 / ℃ 再热蒸汽流量 / (t·h-1 ) 再热器进口蒸汽压力 / MPa 再热器出口蒸汽压力 / MPa 再热器进口蒸汽温度 / ℃ 再热器出口蒸汽温度 / ℃ 省煤器进口给水温度 / ℃ 排烟温度(修正前) / ℃ 排烟温度(修正后) / ℃
CAI Pei,GE Rongcun,GE Ming,et al. Effect of combustion optimization adjustment on NOx emission and boiler efficiency[ J] . Clean Coal Technology,2018,24(5) :77-83.
对于已投运的机组,降低 NOx 最直接、最快捷 的的方法是通过燃烧优化调整实现减排的目的。 岳峻峰等[11] 对某电厂 600 MW 超超临界机组墙式
切圆燃烧系统进行分析,说明油枪风对 NOx 的排 放影响最大。 尚达等[12] 对 1 000 MW 超超临界机
组进行燃烧调整,发现倒塔配风的锅炉效率最高, 炉膛出 口 NOx 排 放 量 最 低。 李 德 育 等[13] 研 究 了 炉内配风对 NOx 排放特性的影响,发现合理的炉 内配风可使 NOx 炉膛出口浓度降低 15% 左右。 杨 玮等[14] 对 330 MW 贫煤机组进行调整,认为对 于 燃用贫煤的机组采用 SNCR+SCR 的方式可提高脱
Abstract:In order to study the effect of combustion optimization adjustment on NOx emission and boiler efficiency,the NOx emission concentration of tail flue in A and B sides was measured by adjusting the excess air coefficient,SOFA wind opening,secondary air distribution mode,surrounding air opening and burner swing angle. Besides,the boiler efficiency was calculated by recording the related data of DCS and collecting samples. Effect of combustion optimization adjustment on NOx emission and boiler efficiency was researched. The results show that NOx concentration can be reduced and higher boiler efficiency can be guaranteed by decreasing oxygen contents. The NOx emission concentration of inverted tower is 9. 1% and 7. 8% lower than the normal tower and equal distribution wind,respectively. The inverted tower is the lowest and normal tower is the highest. The boiler efficiency increases with the increase of SOFA wind opening and later slightly decreases, while the concentration of NOx increases with the increase of SOFA wind opening. With the increase of surrounding air opening,boiler efficiency firstly decreases and then increases,while the NOx emissions increases gradually. The boiler efficiency changes about 1% with surrounding air opening increasing 7% . The boiler efficiency firstly increases and then decreases with the increase of burner swing angle. Key words:NOx emission;combustion optimization adjustment;boiler efficiency;;plant boiler;excess air coefficient;air distribution mode
第 24 卷第 5 期
2018 年 9 月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol． 24 No． 5 Se炉效率的影响
蔡 培,葛荣存,葛 铭,陈 辉,陈国庆,王秀军,戴维葆
( 国电科学技术研究院 清洁高效燃煤发电与污染物控制国家重点实验室,江苏 南京 210023)
1 151 17． 50 541 993． 6 3． 680 3． 527 323 541 277 134 128
1 017 17． 42
541 961． 5 3． 548 3． 400
320 541 275 134 128
对于不同机组其燃烧的最优方式存在较大差 异,本文根据已有的工程经验,结合不同大机组的 燃烧调整方案,针对 330 MW 典型机组进行系统性 的燃烧调整优化,并得到详细的现场试验比较结 果,以分析燃烧优化调整对 NOx 排放和锅炉效率 的影响。