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原标题:循环流化床cfb锅炉低氮燃烧技术试验研究快彩a

浏览次数:80 时间:2019-12-08

分级燃烧技术的应用起到了良好效果,NOx排放浓度由改造前的950~1000mg/Nm3下降到400~500mg/Nm3,减少52.63%,氨水用量改造前吨熟料用4.1Kg下降到1.1Kg,吨熟料少用氨水3.0Kg,下降73.2%。脱硝效率可达到60%,窑用煤量比改造前下降2.0%~3.0%,熟料产量、质量得到很大程度的提高,窑熟料日产量稳定在2950吨以上,熟料28天抗压强度在58MPa以上。

5 结论

3200t/d生产线预分解窑增产提效技术改造,对预分解窑和篦冷机进行扩产技术改造,实现了该生产线预分解窑优质高产低耗低排放的良性循环,实际产量达3800t/d以上,改造措施被2015第三届中国水泥节能环保技术交流大会和2015首届水泥环境技术交流大会、2015第五届水泥工业节能减排高峰会议、2015年中国水泥技术年会暨十七届全国水泥技术交流大会作为交流内容。其中《TTF分解炉技术改造》、《篦冷机工艺技术改造》获得2015年“中联杯”河南省建材行业技术革新“技术改造类二等奖”和“技艺工法类三等奖”。优化水泥回转窑的煅烧,稳定了热工制度等内容被2015年第五届水泥工业节能减排高峰会议、2015年中国水泥技术年会暨十七届全国水泥技术交流大会、2015第四届水泥工业环保节能技术高峰论坛暨节能环保创新技术专题大会作为交流内容。优化配料方案,提高了水泥熟料质量,生产低碱硅酸盐水泥熟料,成为中国联合水泥集团南阳地区低碱硅酸盐水泥熟料的主要基地。研发生产中热硅酸盐水泥熟料,拓宽了特种水泥熟料的品种,《中热水泥熟料研发生产》获得2015年“中联杯”河南省建材行业技术革新“技术开发类二等奖”。 3200t/d新型干法生产线提产节能技术改造,使生料系统、煤粉制备系统、水泥熟料烧成系统产质量提高、经济效益增加;投入研发的SNCR脱硝技术,向分解炉中喷入氨水,大大降低了该生产线的氮氧化物的排放总量及浓度,使氮氧化物的排放浓度降至400mg/m3以下;对窑头电除尘改为袋除尘,降低了窑头粉尘排放浓度,窑头颗粒物排放浓度为50mg/Nm3以内;投资700多万元,对全厂大型风机采用高压变频调速控制技术进行改造,节能效果显著,每年可节约电费600多万元,一年半时间便可收回投资成本,经济效益可观。 一路攻坚克难,一路改革创新,历经风雨磨练,意定志坚,不畏艰难,始终眼望正前方,用智慧和汗水浇灌,行稳致远。邓州中联水泥的技术革新成果符合国际大形势节能减排趋势,既提高了产能利用率,又大大降低了能源消耗。通过一系列提产节能改造,水泥熟料生产线运行效果良好,达到了优质高产的目的,经济社会效益显著,目前邓州中联水泥公司的生产线水平已达到国内先进行列。

该公司在应用分级燃烧脱氮不久,工作就遇到了难题。运行中现场巡检发现分解炉锥部有烧红现象,窑皮由16米缩短到14米,窑皮脱落频繁,烧成带窑皮不好,一是厚度不够,二是不均匀,三是不结实。这样一来造成了系统稍有波动,熟料质量就不稳定,长期对窑的耐火砖导致脱落。他们及时分析原因想对策,在配料方面,要想提高窑皮的质量,首先要调整熟料的配料,把KH控制在0.90~0.91,SM控制在2.5~2.6,IM控制在1.5~1.6。窑速由3.6r/min提高到3.9r/min,实现薄料快烧。分解炉上喷煤管角度由45°调整到30°,三次风阀开度由60%调整到全开100%,二次风温控制(1175±25)℃,二次风压力控制0~-50Pa,分解炉椎体下两根煤管的角度由45°调整到30°,上下两喷煤管用煤比例由1号:2号:3号:4号=20%:20%:30%:30%调整为1号:2号:3号:4号=10%:10%:40%:40%,窑头喷煤管内外风比例由35%:65%调整为40%:60%。窑头用煤量由6.1t/h调整为5.2~5.4t/h,分解炉用煤量在同样煤质的情况下由11.4t/h调整到10.6~10.8t/h,窑内空气过剩系数控制在1.05%,废气O2浓度控制在2.0%~2.5%。经过一个月的调整,窑系统运转正常,窑尾燃室、分解炉常年不结皮。

4.1氧含量对反应器出口NOx排放的影响

邓州中联水泥有限公司近几年积极响应中国建材集团和中国联合水泥集团节能减排、错峰生产、科技创新、提产增效的号召,努力推进科技革新和技术改造,并大力推动科技成果向生产力的转化,发挥了“四两拨千斤”的作用,为公司的持续健康发展增加动力,取得了显著成效。

分级燃烧脱氮的基本原理是在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区,将原分解炉用煤的一部分均布到该区域内,使其缺氧燃烧以便产生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的NOx发生反应,将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外,煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生,从而实现水泥生产过程中的NOx减排。分解炉分级燃烧,使一部分燃料在回转窑废气中缺氧燃烧,产生还原气氛,分解炉喷入的燃料大部分在还原氛围中燃烧,燃料中的N生成NOx的变换率低,减低了NOx生成。

文献信息

调试初期,他们首先将窑头喷煤管位置定位在窑中心线零点上50mm处,三次风闸阀由原来的30%提升至全开,分解炉上下两层煤枪用煤比例为60:40,角度30°,两根煤枪的用煤比例5:5,投料量逐渐加至额定产量。

1)随着O2含量降低,CFB锅炉NOx原始排放量逐渐降低,但同时O2影响SNCR的反应进程,在CFB锅炉采用低氮燃烧技术后,O2含量过低会导致脱硝反应效率降低,甚至失效,引起反应器后NOx排放超标。

通过对低氮燃烧技术与烟气脱硝技术的初步研究和比较,他们发现,与水泥熟料生产线的工艺特点相结合,优先采用分级燃烧技术改造具有诸多好处:降低并还原窑内产生的热力型NOx,抑制燃料型NOx的生成,可从源头有效降低NOx的产生;对生产线正常生产运行和水泥熟料产、质量无不利影响;降低氨水使用量减少或者停用,减少生产运行成本;工艺技术改造后,使运行参数得以优化,系统运行质量和稳定性得到提升,并有一定的节能效果,系统无成本运行。

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“为经济建设提供优质建材,为环境建设开辟新途径。”——这是山东联合王晁水泥有限公司自建设之初就执行的企业使命。多年来,该公司一直注重开发应用节能环保新技术,努力实现节能减排和环境保护的双目标。2014年12月,经过细致的分析和论证,山东联合王晁水泥新上SNCR非选择性催化还原法脱硝系统,氮氧化物排放值控制在400mg/Nm3以下,氨水使用量在500Kg/h。最初由于大量的冷风和氨水喷入分解炉,热耗增加约2~3kgce/tcl,系统受到影响,熟料生产成本增加较多。为了降低能耗减少氨水使用量,他们应用了分级燃烧技术的原理来降低NOx,经过设计改造调试,运行3个月取得了实际应用经验,在使用少量氨或不喷氨水的情况下,氮氧化物排放降低50%~60%,达到300mg/Nm3以下,系统运行稳定,减排效果良好,达到了传统企业转型升级和造福社会的双丰收,公司被山东省科技厅、财政厅、税务局评定为“高新技术企业”。

其中,μg为气体黏度;Ve为分离器下部锥体体积;ρs为颗粒密度;ρg为气体密度;Hc为中心筒底部至分离器锥体底部距离;μθcs为气体切向速度。切割粒径越小,分离器效率越高,由式可知,切割粒径与气体切向速度成反比,通过提高气体切向速度,可减小切割粒径,提高分离效率。国内工程经验表明,分离入口烟气速度在30m/s左右可得到较好的分离效果。本文研究对象改造前分离器入口烟速为18.17m/s,有较大改造空间,通过重新制作分离器入口烟道浇注料,缩小烟道宽度,烟气速度由18.17m/s提高至26m/s。

随后该公司进行了分级燃烧改造,将预热器锁风阀更换为微动型锁风阀,这种阀锁风效果更好,可降低预热器旋风筒之间的内漏风,提高分离效率降低热耗。把窑头煤粉燃烧器更换为低氮型燃烧器,降低一次风的用量。改造篦冷机固定床,降低熟料流动速度增加二次风温,提高熟料急冷效果,降低出篦冷机熟料温度。对入分解炉生料下料点和平台进行改造,提高生料粉的分散度。在三次风入分解炉管道位置和锥体尺寸进行改造建立还原区,将分解炉煤粉由单层的两个入炉点改造成为上下两层,每层两个喂煤点。

提高二次风入射高度,可增加密相区还原气氛范围,抑制NOx生成并还原已生成的NOx,Murat等通过试验研究发现,当二次风量恒定时,二次风入射位置由布风板上方142cm提高至415cm后,NOx排放降低20%。但二次风入射位置过高,会导致燃烧延迟,炉内热负荷分布偏离设计工况,锅炉效率降低,如前所述,后燃现象严重会导致SNCR系统喷入NH3无效,NOx排放超标。对于空气分级燃烧技术,二次风入射位置存在一个最佳高度值。在锅炉运行中,维持二次风总量一定,逐渐关闭下层二次风门,可提高二次风核心区域高度,强化空气分级燃烧效果;逐渐关闭上层二次风门,可以降低二次风核心区域高度。二次风门开度对锅炉的影响如图7所示。

Mazyan等以直径190mm的分离器为模型,经数值模拟发现,在分离器上部增加切向进气室,分离器效率最高可增加50%,压降增加不超过8%;王勇以某410t/hCFB锅炉为研究对象,经优化中心筒插入深度,延长中心筒长度至入口烟气高度的1/2,提高了分离器效率;李楠采用带偏置的渐缩型中心筒,增加锅炉循环灰量,降低床温30℃,脱硝还原剂20%氨水的消耗量由20t/d降低为4t/d。

3 技术方案

增设FGR系统,根据锅炉烟气O2体积分数较低的特点,在保证总流化风量的情况下,降低一次风量及密相区氧含量,强化密相区还原性氛围,抑制床温。1号炉额定负荷下,一、二次风量各为62000Nm3/h,一、二次风率均为50%,烟气量155000Nm3/h,增加FGR系统后,将10%烟气通过FGR管道引入一次风机,一次风流量不变,一次风O2体积分数降至17.75%,折算为21%的空气流量为50190Nm3/h,二次风流量从62000Nm3/h增加至73810Nm3/h,一次风率降低至40%,二次风率提高至60%,可强化空气分级燃烧效果,降低NOx生成量。

李楠,张世鑫,赵鹏勃,任伟峰,高洪培,孙献斌。循环流化床锅炉低氮燃烧技术试验研究[J].洁净煤技术,2018,24:84-89.

锅炉原有上、中、下3层二次风,前墙4列,后墙2列,左右侧墙各布置2列。3层二次风口距离布风板高度分别为2626、1626和833mm。本次改造将前墙和后墙原下二次风口整体上移,具体为将原下层二次风口封堵,在距布风板3600mm开孔作为改造后上二次风,锅炉左右侧墙原下二次风口封堵,其余不作改动,如图1所示。改造后的下二次风口距布风板1626mm,扩大了密相区还原性范围。

4.2 FGR对NOx排放的影响

3)调整上层、下层二次风门开度,可获得二次风入射最佳高度。通过调整二次风入射位置,可提前或推迟燃料燃烧,进而影响反应器出口NOx排放。

Fumihiko等、李明磊分别通过搭设试验台与数值模拟方法,发现随着氧含量的增加,脱硝效率逐渐降低,SNCR反应在缺氧环境下几乎不会进行,但未对SNCR反应需氧量进行定量分析。1号炉的3个试验工况表明,随着氧含量的变化,SNCR反应可以分为4个区间:①0——2.2%为无效区,由于环境缺氧,SNCR反应链不会进行,反应器出口NOx排放取决于锅炉低氮改造后的原始排放;②2.2%——3.3%为反应低效区,该区间虽然原始排放较低,但由于脱硝效率也较低,致使反应器出口NOx排放依然较高;③3.3%——3.8%为高效区,该区间脱硝效率较高,反应器出口NOx排放较低;④>3.8%为反应低效区,该区间锅炉原始排放增加,脱硝效率降低,反应器出口NOx排放升高。

3.1 分离器提效改造

3.2 FGR改造

CFB锅炉普遍采用SNCR方式脱除烟气中的NOx,反应温度窗口为850——1050℃。近年来,电力需求增速变缓,越来越多的机组需要调峰运行,大量CFB锅炉在低负荷情况下,由于循环灰量少,分离器入口温度低于850℃,导致SNCR反应无法进行,采用单一的SNCR脱硝技术无法满足NOx超低排放要求,采用低氮燃烧技术降低原始排放结合SNCR脱硝系统是实现CFB锅炉NOx超低排放的有效途径。

吴剑恒等通过延长还原性气氛的富燃料区反应区间,增强二次风穿透性,提高炉膛中心区域传热强度的方法,使某75t/hCFB锅炉NOx原始排放从180mg/Nm3降至140mg/Nm3,机械不完全燃烧损失降低1%——1.5%。陈建军等在优化二次风喷口布置的基础上增加FGR系统,使某130t/hCFB锅炉NOx排放降至50mg/Nm3以下。清华大学提出的基于流态重构低床压降节能型CFB锅炉技术路线,通过增加有效床料浓度,NOx原始排放浓度从192mg/Nm3降至113mg/Nm3。Artur在蒸发量为1296t/h的CFB锅炉上试验发现,FGR可均衡CFB锅炉炉膛纵向温度分布,加快炉膛下部热通量恢复。本文通过对某130t/hCFB锅炉进行低氮燃烧改造,分析改造后炉膛参数变化,为同类型机组的改造提供参考。

2.3二次风口改造

2)FGR系统可降低床温,缩小炉膛上下温差。同时FGR系统可调整中心筒出口烟温,进而影响SNCR高效反应区间大小,调整中心筒出口至合适的温度,可得到较大的SNCR脱硝效率。

某电厂1号炉为济南锅炉厂与中国科学院工程热物理研究所联合开发的YG——130/9.8型高温高压循环流化床锅炉,单炉膛,自然循环,全悬吊结构,全钢架π型布置。炉膛采用膜式水冷壁、汽冷式旋风分离器,尾部竖井烟道布置两级3组对流过热器,过热器下方布置3组省煤器及一、二次风各3组空气预热器。锅炉采用SNCR脱硝方式,改造前锅炉NOx原始排放浓度约300mg/Nm3,最高排放浓度约350mg/Nm3。锅炉常用燃料为烟煤,同时掺入5%干污泥,燃料性质分析见表1

SNCR系统停运的情况下,在不同负荷下对1号炉进行FGR调整试验,如图4所示,各工况下,NOx原始排放浓度均随FGR开度的增加而减小。70t/h负荷下,NOx原始排放浓度由155mg/Nm3降为90mg/Nm3;90t/h负荷下,由190mg/Nm3降为125mg/Nm3;130t/h负荷下,由245mg/Nm3降低为140mg/Nm3。一般认为,FGR降低NOx排放主要有2方面因素:①FGR可降低床层温度,均衡炉内水平与纵向温度分布;②FGR可降低炉内氧含量。图5为不同负荷下,床层温度与炉膛出口温度随FGR开度的变化情况,可见,随着FGR开度的增加,床层温度逐渐降低,且和炉膛出口温差逐渐减小。70t/h负荷下,床层温度降低49℃,与炉膛出口温差由75℃减小至45℃);90t/h负荷下,床层温度降低39℃,与炉膛出口温差由85℃减小至69℃);130t/h负荷下,床层温度降低63℃,与炉膛出口温差由38℃减小至15℃)。

4.3 二次风入射高度对NOx排放的影响

分离器内部的烟气为混合有宽筛分颗粒的气固两相流,在离心力与重力作用下,颗粒经离心分离和沉降分离后被分离器捕捉。基于此原理,Muschelknautz等提出了计算分离器效率数学模型,采用式计算分离器切割粒径dv。

由图7可知,维持锅炉负荷、氧含量、氨水消耗量不变,随下层二次风门逐渐关闭,中心筒出口温度逐渐升高,燃料后燃现象增强,NOx排放量升高。改造后下层二次风位置距布风板1626mm,处于较高位置,当下二次风门逐渐至全关时,二次风入射高度提高至2626mm以上,燃料燃烧大幅推迟,SNCR反应区间减小,脱硝效率下降;由图7可知,随上层二次风门关闭,二次风核心高度逐渐降低,中心筒出口温度降低,SNCR反应区间增大,NOx排放降低,上层二次风门关至25%,NOx排放量最低达27mg/Nm3,但随上层二次风门继续关闭,空气分级燃烧优势减弱,NOx排放量开始升高。

实验与工程实践表明,NOx的排放随锅炉氧含量的增加而增加。从SNCR反应机理上分析,O2既可促使NH3还原NO,也可将NH3氧化成NO,但随着O2提及分数的增加,对NH3的氧化反应更加有利,促使NOx排放增加。1号炉改造后,在130t/h负荷下,NOx原始排放浓度由改造前的300——350mg/Nm3降低至245mg/Nm3。不同负荷下还原剂耗量与氧含量的关系如图2所示,氧含量在3.3%——3.8%时,1号炉20%氨水消耗量为260kg/h,可以实现NOx排放<50mg/Nm3,对应氨氮摩尔比NSR=2.9。随着氧含量继续提高,3个负荷试验工况均表现为还原剂用量增加;当氧含量<3.3%且继续降低时,3个试验工况仍表现为还原剂用量增加。低氧含量下还原剂用量与NOx排放如图3所示。130t/h负荷下,当氧含量低至2.2%后,氨水消耗量增加至400kg/h,NOx排放量增加至110mg/Nm3,且此时随着氨水消耗量继续增加,NOx排放无变化。

4 改造效果与分析

维持反应器出口NOx排放浓度在50mg/Nm3,逐渐开大FGR,中心筒出口烟温逐渐升高,氨水消耗量先降低后升高,如图6所示。70t/h负荷时,由于炉膛温度降低较多,虽然氨水消耗量增大,但SNCR反应几乎不会进行,反应器出口NOx排放浓度持续超过50mg/Nm3,且无法降低;随着FGR开大至60%以上,NOx原始排放浓度降至50mg/Nm3以下,氨水消耗量降低至0,如图6所示。NOx原始排放量随着FGR开大单调降低,而反应器出口NOx先降低后上升,表明中心筒出口烟温对于反应器脱硝效率存在一个最优值。SNCR反应的最佳温度窗口为850——1050℃,当中心筒出口烟温>800℃且继续升高时,炉内SNCR反应有效区间逐渐延长,脱硝效率增加,反应器出口NOx排放量降低;烟气在流经高温过热器后,温度降至700℃以下,SNCR反应停止,故中心筒出口烟温的升高而使燃料的后燃性增强时,后燃释放出的NOx量大于因脱硝效率提高而额外脱除的NOx时,反应器出口NOx即表现为开始升高。当燃料的后燃现象增加至一定程度,NOx释放的同时经过高温过热器降温,此时SNCR没有反应区间,表现为反应器出口NOx排放快速上升,且喷入还原剂无效。

2 研究对象

1 引言

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关键词: 负荷 技术 山东 锅炉 熟料

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