CN103912867B

CN103912867B - 一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法

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Publication number: CN103912867B
Application number: CN201410114535.1A
Authority: CN
Inventors: 黄中; 江建忠; 徐正泉; 肖平; 孙献斌
Original assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Current assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: CN103912867A

Abstract

一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，包括同时对低份额一次风系统PAS、二次风精确供给系统SAS和床上燃烧器补充风系统SUBS的改造；在布风板上安装钟罩式风帽，在布风板最外圈砌筑耐火耐磨材料凸台；二次风SA量按照区域独立供给，分别由区域二次风总流量控制装置和独立二次风精确流量控制装置调节，二次风口沿炉膛密相区高度方向分为3层或4层布置；风源为一次冷风PAC，床上燃烧器风SUBA的量占燃烧总风TA量的5%～10%；改造后可以灵活的调节一二次风配比，确保燃烧供风的准确控制，最终实现较低的氮氧化物排放水平以及更高的燃烧效率；本发明无需新增设备即可使得锅炉运行环保特性显著增强，具有投资成本小，改造周期短，无运行成本，锅炉运行稳定等优点。

Description

一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法

技术领域

本发明属于循环流化床锅炉环保技术领域，具体涉及一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法。

背景技术

煤炭是我国一次能源的主要来源，而燃煤发电是我国煤炭利用的主要部分。煤炭燃烧将产生很多污染物，如二氧化硫、氮氧化物及烟尘等，其中氮氧化物是酸雨形成的主要来源之一。随着我国经济的快速发展，污染物排放愈发严重，给人民生活带来了极大的困扰。鉴于此，国家相继颁发环保法规严格控制污染物的排放。在最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中明确规定，自2014年7月1日起，现有循环流化床锅炉氮氧化物排放限值为200mg/m³。

国内现有循环流化床机组，由于煤种变化大及风量配比调节不合理等因素，导致很多电厂难于达标。在实际运行过程中，有些机组虽然采用了一二次风分级燃烧的方案，但是由于密相区温度过高，一次风占总风量的比例不得不提到60%甚至更高，这样不利于还原气氛的生成，也就不利于氮氧化物的生成抑制。由于相当数量的CFB锅炉NO_x排放浓度超过200mg/m³，需要安装SNCR脱硝系统，这会显著增加企业的运行成本且改造周期长、设备初投资极大。在这样的背景下，为了增强现有循环流化床机组风量配比调节的灵活性，本发明提出了一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法。该方法能够充分发挥CFB锅炉的环保特性，满足国家最新环保标准的要求，降低氮氧化物的脱除出成本。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：

一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，包括同时对低份额一次风系统PAS、二次风精确供给系统SAS和床上燃烧器补充风系统SUBS的改造；所述对低份额一次风系统PAS的改造为：在布风板4上安装钟罩式风帽5，所述钟罩式风帽5彼此之间的间距100～400mm，运行期间一次风PA量占燃烧总风TA量的15～40%；当一次风PA量占燃烧总风TA量比例为15%时，钟罩式风帽5的阻力为1～2kPa；在布风板4最外圈砌筑耐火耐磨材料凸台6，所述凸台6的高度为200～600mm、宽度为400～600mm；所述对二次风精确供给系统SAS的改造为：二次风SA量按照区域独立供给，分别由区域二次风总流量控制装置13和独立二次风精确流量控制装置14调节，二次风口7沿炉膛密相区1高度方向分为3层或4层布置；所述对床上燃烧器补充风系统SUBS的改造为：风源为一次冷风PAC，床上燃烧器风SUBA量占燃烧总风TA量的5%～10%。

所述二次风口7沿炉膛密相区1高度方向分3层布置时，各层的高差不同，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf低于10%的煤种时，距离布风板4的高度分别为600～1000mm、1600～2000mm、2600～3000mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf10%～25%的煤种时，距离布风板4的高度分别为1000～1500mm、2000～2500mm、3000～3500mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf30%以上的煤种时，距离布风板4的高度分别为1400～1800mm、2400～2800mm、3400～3800mm。

所述二次风口7沿炉膛密相区1高度方向分4层布置时，各层的高差不同，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf低于10%的煤种时，距离布风板4的高度分别为600～1000mm、1600～2000mm、2600～3000mm、3600～4000mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf10%～25%的煤种时，距离布风板4的高度分别为1000～1500mm、2000～2500mm、3000～3500mm、4000～4500mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf25%以上的煤种时，距离布风板4的高度分别为1400～1800mm、2400～2800mm、3400～3800mm、4400～4800mm。

所述相邻两层的二次风口7位置错列排布置，错列布置的高度差为200～400mm。

所述二次风口7位置距离给煤口9位置的垂直距离和水平距离均大于800mm。

所述二次风口7与垂直方向的夹角α为15～75°，与水平方向的夹角β为5～80°。

所述二次风口7为正方口、长方口、圆口、椭圆口或梯形口，且其端部采用渐变设计，二次风口7出口当量直径是二次风管道8当量直径的50%～200%。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.大部分CFB锅炉采用本技术降低NO_x排放浓度后，无需采用任何辅助脱硝技术，烟气排放能够满足国家最新环保标准要求，环境效益显著。

2.少部分CFB锅炉由于原始的NO_x排放浓度较高，采用本发明大幅度削减NO_x排放浓度（改造后锅炉排放烟气中NOx浓度可以降低至改造前的40%～70%），可以显著降低SNCR脱硝系统的还原剂消耗量，降低系统的运行成本。

3.本发明无需对风机系统进行任何改造，即可实现低一次风量运行，不影响锅炉燃烧，由于不新增设备，不增加原有设备的检修维护工作量。

4.本发明不再需要单纯的增大一次风量来调节炉膛温度和氧含量，可以显著降低风帽磨损。

5.本发明可以增强二次风的供给比例并且提高二次风的调节灵活性，进一步改善机组运行的经济性和环保性。

附图说明

图1为一台循环流化床锅炉低氮燃烧改造实施前的整体结构示意图。

图2为一台循环流化床锅炉低氮燃烧改造实施前的烟风流程图。

图3为一台循环流化床锅炉低氮燃烧改造实施前的炉膛开口图。

图4为一台循环流化床锅炉低氮燃烧改造实施后的整体结构示意图。

图5为一台循环流化床锅炉低氮燃烧改造实施后的烟风流程图。

图6为一台循环流化床锅炉低氮燃烧改造实施后的炉膛开口图。

图7为低氮燃烧改造实施后的二次风精确供给系统控制方式示意图。

图8为低氮燃烧改造实施后的耐火耐磨材料凸台设置示意图。

图9为低氮燃烧改造实施后的二次风口外形示意图。

图10为低氮燃烧改造实施后的二次风口渐变设计示意图。

图11为床上燃烧器补充风系统改造前后比较。

图中：

1——炉膛密相区2——炉膛稀相区

3——风室4——布风板

5——钟罩式风帽6——耐火耐磨材料凸台

7——二次风口8——二次风道

9——给煤口10——床上燃烧风口

11——床上燃烧器12——空预器

13——区域二次风总流量控制装置14——独立二次风精确流量控制装置

15——返料口

α——二次风口与垂直方向的夹角β——二次风口与水平方向的夹角

PAS——一次风系统SAS——二次风精确供给系统

SUBS——床上燃烧器补充风系统

PA——一次风PAC——一次冷风

PAH——一次热风

SA——二次风SAC——二次冷风

SAH——二次热风

TA——燃烧总风

SUBA——床上燃烧器风

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如图1～图7所示，一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，包括同时对低份额一次风系统PAS、二次风精确供给系统SAS和床上燃烧器补充风系统SUBS的改造；所述对低份额一次风系统PAS的改造为：在布风板4上安装钟罩式风帽5，在布风板4最外圈砌筑耐火耐磨材料凸台6；所述对二次风精确供给系统SAS的改造为：二次风SA量按照区域独立供给，分别由区域二次风总流量控制装置13和独立二次风精确流量控制装置14调节，二次风口7沿炉膛密相区1高度方向分为3层或4层布置；所述对床上燃烧器补充风系统SUBS的改造为：为例弥补二次风量的不足（部分机组存在二次风机余量不足的问题），设置床上燃烧器补充风系统补燃烧用风，风源为一次冷风PAC，床上燃烧器风SUBA量占燃烧总风TA量的5%～10%。无需进行二次风系统增容即可实现低氮燃烧改造。

如图8所示，作为本发明的优选实施方式，所述钟罩式风帽5彼此之间的间距100～400mm，运行期间一次风PA量占燃烧总风TA量的15～40%；为了避免一次风量下降时可能出现的流化不良和漏渣，当一次风PA量占燃烧总风TA量比例为15%时，钟罩式风帽5的阻力保证为1～2kPa。

如图8所示，作为本发明的优选实施方式，所述凸台6的高度为200～600mm、宽度为400～600mm。该凸台用于防止出现布风板四周区域出现钟罩式风帽堵塞。

作为本发明的优选实施方式，所述二次风口7沿炉膛密相区1高度方向分3层布置时，各层的高差不同，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf低于10%的煤种时，距离布风板4的高度分别为600～1000mm、1600～2000mm、2600～3000mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf10%～25%的煤种时，距离布风板4的高度分别为1000～1500mm、2000～2500mm、3000～3500mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf30%以上的煤种时，距离布风板4的高度分别为1400～1800mm、2400～2800mm、3400～3800mm。

作为本发明的优选实施方式，所述二次风口7沿炉膛密相区1高度方向分4层布置时，各层的高差不同，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf低于10%的煤种时，距离布风板4的高度分别为600～1000mm、1600～2000mm、2600～3000mm、3600～4000mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf10%～25%的煤种时，距离布风板4的高度分别为1000～1500mm、2000～2500mm、3000～3500mm、4000～4500mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf25%以上的煤种时，距离布风板4的高度分别为1400～1800mm、2400～2800mm、3400～3800mm、4400～4800mm。

作为本发明的优选实施方式，为了避免局部氧浓度过高，相邻两层的二次风口7位置错列排布置，错列布置的高度差为200～400mm。

作为本发明的优选实施方式，所述二次风口7位置距离给煤口9位置的垂直距离和水平距离均大于800mm。

作为本发明的优选实施方式，所述二次风口7与垂直方向的夹角α为15～75°，与水平方向的夹角β为5～80°。

如图9和图10所示，作为本发明的优选实施方式，所述二次风口7为正方口、长方口、圆口、椭圆口或梯形口，且其端部采用渐变设计，二次风口7出口当量直径是二次风管道8当量直径的50%～200%。

如图11所示，为床上燃烧器补充风系统改造前后比较，改造前一次冷风PAC经过空预器12加热后成为一次热风PAH，一部分一次热风PAH由床上燃烧器11送入作为床上燃烧器风SUBA，一部分一次热风PAH由风室3送入作为一次风PA；二次冷风SAC经过空预器12加热后成为二次热风SAH，一部分二次热风SAH由床上燃烧器11送入作为床上燃烧器风SUBA，一部分二次热风SAH由二次风道8送入作为二次风SA。

改造前床上燃烧器风SUBA的风源是一次热风PAH或二次热风SAH。

改造后一次冷风PAC分为两部分，一部分一次冷风PAC经过空预器12加热后成为一次热风PAH，由风室3送入作为一次风PA；一部分一次冷风PAC由床上燃烧器11送入作为床上燃烧器风SUBA。

改造后床上燃烧器风SUBA的风源是一次冷风PAC。

实施例1

参见图1～图6，涉及1台480t/h循环流化床锅炉，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf20%的烟煤，锅炉二次风分烟炉膛密相区1的高度方向分两层SA1、SA2送入，一次风PA量占总风TA量的60%，运行期间的NOx排放浓度为250mg/m³。

一次风冷PAC经过空预器12成为一次热风PAH，然后由风室3作为一次风PA送入炉膛密相区1；二次冷风经过空预器12成为二次热风SAH，然后分成两路，一路从床上燃烧器11作为床上燃烧器风SUBA送入送入炉膛密相区1，已从从二次风道8作为二次风SA送入炉膛密相区1。

锅炉后墙和前墙各开设有两排二次风口7，第一层二次风口7独立布风板4的高度为400mm，第二层二次风口7独立布风板4的高度为4500mm，第一层各二次风口7在同一水平面上，第二层各二次风口7也在同一水平面上。二次风口7与垂直方向的夹角α为30°，与水平方向的夹角β为0°。

为降低锅炉烟气中NO_x的排放浓度，对锅炉进行低氮燃烧改造，具体改造包括：

低份额一次风系统PAS在布风板4上安装有钟罩式风帽5，钟罩式风帽5彼此之间的间距150mm，当一次风PA量占燃烧总风TA量比例为15%时，钟罩式风帽5的阻力为1kPa。布风板4最外圈砌筑高度400mm、宽度500mm的耐火耐磨材料凸台6。

一次风PA量占总风TA量的40%，不足风源通过增加二次风SA量和床上燃烧器风SUBA量补充，其中床上燃烧器风SUBA量占燃烧总风TA量的10%。

一次风冷PAC经过空预器12成为一次热风PAH，然后分成两路，一路从床上燃烧器11作为床上燃烧器风SUBA送入炉膛密相区1，一路从风室3作为一次风PA送入炉膛密相区1；二次冷风经过空预器12成为二次热风SAH，从二次风道8作为二次风SA送入炉膛密相区1。

锅炉后墙和前墙各开设有三排二次风口7，二次风口7采用圆口，二次风口7出口水利直径是二次风管道8水利直径的150%。

第一层二次风口7独立布风板4的高度为1000mm，第二层二次风口7独立布风板4的高度为2500mm，第三层二次风口7独立布风板4的高度为3500mm，第一层各二次风口7采用错列布置，高度差为200mm，第二层各二次风口7采用错列布置，高度差为400mm，第三层各二次风口7采用错列布置，高度差为300mm。二次风口7与垂直方向的夹角α为45°，二次风口7与水平方向的夹角β为15°。

为了减少燃烧时NOx的生成，前墙二次风口7位置距离给前墙煤口9位置的垂直距离为1000mm和水平距离为1200mm。

上述改造实施后，运行期间的NOx排放浓度降低为180mg/m³。

实施例2

涉及1台1024t/h循环流化床锅炉，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf40%的褐煤，锅炉二次风分烟炉膛密相区1的高度方向分两层SA1、SA2送入，一次风PA量占总风TA量的55%，锅炉后墙和前墙各开设有两排二次风口7，运行期间的NOx排放浓度为350mg/m³。为降低锅炉烟气中NO_x的排放浓度，采用SNCR技术进行脱硝，年尿素消耗量为8000吨。

对锅炉进行低氮燃烧改造，具体改造包括：

一次风冷PAC经过空预器12成为一次热风PAH，然后分成两路，一路从床上燃烧器11作为床上燃烧器风SUBA送入炉膛密相区1，床上燃烧器风SUBA量占燃烧总风TA量的8%。

锅炉二次风分烟炉膛密相区1的高度方向分三层SA1、SA2、SA3送入，二次风口7采用正方口，二次风口7出口水利直径是二次风管道8水利直径的120%。为了减少燃烧时NOx的生成，前墙二次风口7位置距离给前墙煤口9位置的垂直距离为1200mm和水平距离为1500mm。

上述改造实施后，运行期间的NOx排放浓度降低为220mg/m³，仍采用SNCR技术进行脱硝，但年尿素消耗量降低为2000吨。

实施例3

涉及1台新建的410t/h循环流化床锅炉，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf10%的无烟煤，锅炉二次风分烟炉膛密相区1的高度方向分四层SA1、SA2、SA3、SA4送入，低份额一次风系统PAS在布风板4上安装有钟罩式风帽5，钟罩式风帽5彼此之间的间距200mm，布风板4最外圈砌筑高度400mm、宽度400mm的耐火耐磨材料凸台6。

一次风PA量占总风TA量的40%，二次风SA量占总风TA量的50%，床上燃烧器风SUBA量占总风TA量的10%。一次风冷PAC经过空预器12成为一次热风PAH，然后分成两路，一路从床上燃烧器11作为床上燃烧器风SUBA送入炉膛密相区1，一路从风室3作为一次风PA送入炉膛密相区1；二次冷风经过空预器12成为二次热风SAH，从二次风道8作为二次风SA送入炉膛密相区1。

锅炉后墙和前墙各开设有四排二次风口7，二次风口7采用长方口，二次风口7出口水利直径是二次风管道8水利直径的80%。

第一层二次风口7独立布风板4的高度为800mm，第二层二次风口7独立布风板4的高度为1800mm，第三层二次风口7独立布风板4的高度为2800mm，第四层二次风口7独立布风板4的高度为3800mm，第一层各二次风口7采用错列布置，高度差为200mm，第二层各二次风口7采用错列布置，高度差为200mm，第三层各二次风口7采用错列布置，高度差为300mm，第四层各二次风口7采用错列布置，高度差为300mm。二次风口7与垂直方向的夹角α为30°，二次风口7与水平方向的夹角β为10°。

为了减少燃烧时NOx的生成，前墙二次风口7位置距离给前墙煤口9位置的垂直距离为1000mm和水平距离为1000mm。

上述改造实施后，运行期间的NOx排放浓度降低为95mg/m³。

实施例4

参见图7，无论是原有锅炉改造和新建锅炉，运行期间通过区域二次风总流量控制装置13调节前墙、后墙、左墙、右墙的区域二次风总流量，其中采用前墙给煤的锅炉，后墙、左墙、右墙的区域二次风总流量大于前墙；采用后墙返料系统给煤的锅炉，前墙、左墙、右墙的区域二次风总流量大于后墙；采用前墙、后墙同时给煤的锅炉，左墙、右墙的区域二次风总流量大于前墙、后墙。

独立二次风精确流量控制装置14可以根据需要准确调节各二次风口7的风量，各二次风口7的风量值通过现场试验确定。

以上实施例的描述较为具体，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，其特征在于：包括同时对低份额一次风系统PAS、二次风精确供给系统SAS和床上燃烧器补充风系统SUBS的改造；

所述对低份额一次风系统PAS的改造为：在布风板(4)上安装钟罩式风帽(5)，所述钟罩式风帽(5)彼此之间的间距100～400mm，运行期间一次风PA量占燃烧总风TA量的15～40％；当一次风PA量占燃烧总风TA量比例为15％时，钟罩式风帽(5)的阻力为1～2kPa；在布风板(4)最外圈砌筑耐火耐磨材料凸台(6)，所述凸台(6)的高度为200～600mm、宽度为400～600mm；

所述对二次风精确供给系统SAS的改造为：二次风SA量按照区域独立供给，分别由区域二次风总流量控制装置(13)和独立二次风精确流量控制装置(14)调节，二次风口(7)沿炉膛密相区(1)高度方向分为3层或4层布置；

所述对床上燃烧器补充风系统SUBS的改造为：风源为一次冷风PAC，床上燃烧器补充风SUBA的量占燃烧总风TA量的5％～10％。

2.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，其特征在于：所述二次风口(7)沿炉膛密相区(1)高度方向分3层布置时，各层的高差不同，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf低于10％的煤种时，距离布风板(4)的高度分别为600～1000mm、1600～2000mm、2600～3000mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf10％～25％的煤种时，距离布风板(4)的高度分别为1000～1500mm、2000～2500mm、3000～3500mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf30％以上的煤种时，距离布风板(4)的高度分别为1400～1800mm、2400～2800mm、3400～3800mm。

3.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，其特征在于：所述二次风口(7)沿炉膛密相区(1)高度方向分4层布置时，各层的高差不同，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf低于10％的煤种时，距离布风板(4)的高度分别为600～1000mm、1600～2000mm、2600～3000mm、3600～4000mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf10％～25％的煤种时，距离布风板(4)的高度分别为1000～1500mm、2000～2500mm、3000～3500mm、4000～4500mm；锅炉燃用干燥无灰基Vdaf25％以上的煤种时，距离布风板(4)的高度分别为1400～1800mm、2400～2800mm、3400～3800mm、4400～4800mm。

4.根据权利要求2或3所述的一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，其特征在于：所述相邻两层的二次风口(7)位置错列排布置，错列布置的高度差为200～400mm。

5.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，其特征在于：所述二次风口(7)位置距离给煤口(9)位置的垂直距离和水平距离均大于800mm。

6.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，其特征在于：所述二次风口(7)与垂直方向的夹角α为15～75°，与水平方向的夹角β为5～80°。

7.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉的低氮燃烧改造方法，其特征在于：所述二次风口(7)为正方口、长方口、圆口、椭圆口或梯形口，且其端部采用渐变设计，二次风口(7)出口当量直径是二次风管道8当量直径的50％～200％。