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国电谏壁发电厂#9锅炉燃烧器低NOx改造最终方案烟台龙源电力技术股份有限公司二零一零年七月一、前言我国一次能源结构中约70~80%由煤炭提供，每燃烧一吨煤炭，约产生5~30kg氮氧化物。据中国环保产业协会组织的《中国火电厂氮氧化物排放控制技术方案研究报告》的统计显示，2007年火电厂排放的NOx总量已增至840万吨，约占全国NOx排放总量的35~40%。在普遍安装高效率脱硫装置后，电站锅炉排放的NOx已成为主要的大气污染固定排放源之一。为了贯彻执行《中华人民共和国大气污染防治法》，防治火电厂氮氧化物排放造成的污染，改善大气环境质量，保护生态环境，促进氮氧化物控制技术进步，实现火电机组氮氧化物控制目标，国家环境保护部制定了《火电厂氮氧化物防治技术政策》，并于2010年1月27日正式颁布实施。同时新国标《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2010》和与大气污染物排放相关的一些地方标准也即将颁布实施。1.新国标《火电厂大气污染物排放标准》氮氧化物排放浓度限值2009年7月，国家环境保护部发布了新的《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2010□》(征求意见稿)。对比新标准和旧标准(GB13223-2003)，在烟尘、二氧化硫和氮氧化物三个主要污染物的排放量限制方面，新标准均做出了更为严格的规定。在脱硝方面，新标准(征求意见稿)规定了到2015年1月1日所有火电机组都将执行氮氧化物排放浓度在重点地区（京津冀、环渤海湾、长三角、珠三角）不高于200mg/Nm3、非重点地区不高于400mg/Nm3的限值，重点地区的新增机组从2010年开始直接执行200mg/Nm3的排放限值(见表2-1)。表1-1火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度(单位：mg/Nm3)时段第1时段第2时段第3时段实施时间2010年1月1日2015年1月1日2010年1月1日2015年1月1日2010年1月1日燃煤锅炉Vdaf10%1300重点地区：200其他地区：4001）1100重点地区：200其他地区：400重点地区：200其他地区：40010%≤Vdaf≤20%1100650Vdaf20%650450燃油及燃气锅炉天然气200150200150150燃油或其他气体燃料4006502）2002003）400200200燃气轮机组天然气80805050燃油或其他气体燃料150150120120注：1）该限值为全厂第I时段火力发电锅炉平均值。2）1996年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的燃油锅炉。3）燃油锅炉执行该限值。2.《火电厂氮氧化物防治技术政策》主要条款本技术政策在氮氧化物防治技术路线、低氮燃烧技术和烟气脱硝技术等方面作了明确的规定，其主要条款如下：(1)氮氧化物防治技术路线第2.2条:燃煤电厂氮氧化物控制技术的选择应因地制宜、因煤制宜、因炉制宜，依据技术上成熟、经济上合理及便于操作来确定。第2.3条:低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术。当采用低氮燃烧技术后，氮氧化物排放浓度不达标或不满足总量控制要求时，应建设烟气脱硝设施。(2)低氮燃烧技术第3.1条:发电锅炉制造厂及其他单位在设计、生产发电锅炉时，应配置高效的低氮燃烧技术和装置，以减少氮氧化物的产生和排放。第3.2条:新建、改建、扩建的燃煤电厂，应选用装配有高效低氮燃烧技术和装置的发电锅炉。第3.3条:在役燃煤机组氮氧化物排放浓度不达标或不满足总量控制要求的电厂，应进行低氮燃烧技术改造。(3)烟气脱硝技术第4.1条:位于大气污染重点控制区域内的新建、改建、扩建的燃煤发电机组和热电联产机组应配置烟气脱硝设施，并与主机同时设计、施工和投运。非重点控制区域内的新建、改建、扩建的燃煤发电机组和热电联产机组应根据排放标准、总量指标及建设项目环境影响报告书批复要求建设烟气脱硝装置。第4.2条:对在役燃煤机组进行低氮燃烧技术改造后，其氮氧化物排放浓度仍不达标或不满足总量控制要求时，应配置烟气脱硝设施。二、工程概述1.设备概况谏壁电厂将其9#炉由1000t/h双炉膛UP型直流锅炉改造为1025t/h控制循环汽包锅炉。锅炉出力，气温参数及锅炉效率均需保证，采取措施防止炉膛高温腐蚀，提高水冷壁运行可靠性。要求锅炉调峰能力为50~100%BMCR。锅炉外形尺寸不变，保持原风、煤、水、汽等系统不动，锅炉框架不动，外围辅助系统不动。锅炉的NOX排放达到国家标准，且小于650mg/m3。改造后的锅炉外形尺寸基本不变，呈∏型布置，锅炉炉膛深8493mm（原8475mm与原比较，向炉前放大18mm），炉膛宽17000mm。水平烟道深5000mm，后烟井深8500mm，炉顶管标高46000mm。锅炉尾部原布置二台回转式空气预热器不作任何改动。改造后炉膛部分布置44只炉膛吹灰器，水平烟道及省煤器区域共布置8只长伸缩式吹灰器，并配吹灰程控装置。锅炉仍采用机械出渣方式，括板捞渣机及渣斗方式。表1-1锅炉铭牌的改变序号名称单位原#9炉改造后#9炉1锅炉型式双炉膛一次上升直流炉双切圆燃烧控制循环汽包锅炉2最大连续蒸发量t/h100010253过热蒸汽出口温度℃5555404过热蒸汽出口压力MPa.a16.6716.775再热蒸汽流量t/h8308726再热蒸汽出口温度℃5555407再热蒸汽进口温度℃3253208再热蒸汽出口压力MPa.a3.43.439再热蒸汽进口压力MPa.a3.63.6310给水温度℃265261表1-2锅炉设计参数序号项目单位BMCR100%高加全切50%1发电机功率MW338.505315.136297.964168.3292过热汽流量t/h10259458005003过热汽出口压力MPa.a16.7716.716.510.74过热汽出口温度℃5405405405405再热汽流量t/h8728087954426再热汽进口压力MPa.a3.633.373.361.867再热汽进口温度℃3203203273228再热汽出口压力MPa.a3.433.193.191.779再热汽出口温度℃54054054051010给水温度℃26125415922211喷水温度℃169167159143注：本表为给定参数，主要的热力数据包括再热汽出口温度由计算得出见2.6节表1-3煤质资料序号项目符号单位设计煤校核煤A校核煤B1工作质碳CP%55.3957.0549.872工作质氢HP%3.393.732.953工作质氧OP%6.049.173.524工作质氮NP%0.861.061.055工作质硫SP%0.480.561.496工作质水份WP%5.207.309.547工作质灰份AP%28.6421.1331.588低位发热量QPdwKJ/Kg2120022069189109可燃基挥发份Vr%31.0938.3026.9010可磨系数Kkm灰溶点1变形温度t1℃130013002软化温度t2℃3熔化温度t3℃﹥1350﹥13502．制粉系统改造后仍烧烟煤，制粉系统不改造，仍维持中间储仓制、乏气送粉、钢球磨煤机。4台DTM350/600钢球磨煤机，额定负荷时4台磨全部投运。3．燃烧器八只燃烧器布置在炉膛的前墙与后墙，做成双切圆双火球燃烧，二个4组煤粉燃烧器分别与假想直径为400mm/600mm相切。燃烧器结构形式为一、二次风间隔交替布置的摆动式固定式相结合直流煤粉燃烧器。增加了二层上部燃烬风（OFA）。为了燃烧调整的需要和控制炉膛出口烟气温度，上二层一次风喷嘴及其相邻二次风喷嘴及二层OFA喷嘴能上、下摆动，其余喷嘴固定。摆动采用气动执行器及手动执行机构操作。表4燃烧器设计参数喷嘴出口风速m/s风比%风温℃风量m3/h一次风253260382164二次风46642931276177注：炉膛漏风率为4%，偏置周界侧二次风速为40m/s三、边界条件评估单位大同4#炉(670T/H)京能1#炉(670T/H)妈湾1#炉谏壁9#煤质灰份Aar%3632.219.7728.64挥发份Var%232523.225低位热值Qnet,arKj/kg17560184502244121200炉型炉膛截面mm×mm10880×1192011660×1166014059×1179017000×8493炉膛容积m3423841117275炉膛高度mm4920049180容积热负荷Kw/m3133.3138.3112.8178截面热负荷Kw/m24378.1418152055772大屏下沿高m3635.843燃尽高度m1816.265除渣方式湿排渣,干排渣湿排渣效果防结渣炉内无结渣炉内无结渣炉内无结渣高效、无结渣NOx300mg/Nm3最低260mg/Nm3128-240mg/Nm3目标：290mg/Nm3设计煤质（校核煤）灰份较高、挥发份相对也较高的煤种。对于炉内低NOx空气分级燃烧技术，一般希望燃煤挥发份要较高，热值较高，在采用空气分级等低NOx技术时可以保证有较高的燃烧效率、较低的NOx排放。相较之下，校核A煤质较设计煤质更佳。常用煤质挥发份都较高，适合采用低NOx燃烧技术，但同时存在灰份高的问题，采用低NOx燃烧技术时要特别强化煤粉燃烧过程，防止飞灰含碳量升高。与妈湾1号炉相比，锅炉具有较小的炉膛容积，较小的燃尽高度，对于降低低NOx排放的同时防止飞灰可燃烧物升高有一定的难度。原燃烧器虽为2001年完成的改造产品，采用了水平浓淡风低NOx燃烧器，两层紧凑型OFA，总体上仍为均等配风布置。改造后增加了分离燃尽风，但分离燃尽风风量小，布置较低，无较大的还原区，所以降低NOx措施有限。但原燃烧器采用8角双切圆布置，一次风喷口多达32只，单只燃烧器功率相对较小，可使炉内温度分布较均匀，有利于降低热力型NOx生成。制粉系统为钢球磨中储仓乏气送粉系统，一次风率较高，达32%，对燃烧器火焰内部降低NOx生成不利。有必要针对一次风率、煤粉细度等对磨煤机进行彻底摸查及调整。有利条件：煤质挥发份较高、热值较高、燃烧器8组双切圆布置单只燃烧器热功率较低。不利条件：煤质灰份较高、炉膛容积特别小、燃尽高度有限，一次风率较高。从煤质上来看基本具备了降低NOx条件，但同时存在着锅炉容积小、燃尽高度低、一次风率高等难点，在降低NOx的同时保证飞灰有较低的可燃物含量、防止结渣是本次改造的重点。我公司拟采用双尺度低NOx燃烧技术，对现有燃烧器所有一二次风喷口改造，增设高位燃尽风，采用节点功能区技术等可实现防渣、高效、低NOx多功能一体化。四、运行情况2010年5月13日至2010年5月15日，烟台龙源对9号炉进行了改造前的针对性试验。结合前期与电厂交流情况，基础工况摸底试验分别在180MW、240MW、300MW工况未作调整下对锅炉运行状况，如锅炉效率、空预器漏风率、NOx排放等情况进行摸底。炉内过量空气系数分布不合理，现有燃尽风系统风量偏低、与主燃烧器距离较近导致NOx高。NOx排放在不同负荷可保持450~700mg/Nm3之间。空预器漏风率较高。各个负荷工况下，锅炉燃烧状况较好，锅炉经济性较高，锅炉效率均在91%以上。五、双尺度低NOx改造方案1．双尺度技术原理双尺度低NOx燃烧技术以炉内影响燃烧的两大关键尺度(炉膛空间尺度和煤粉燃烧过程尺度)为重点关注对象,全面实施系统优化，达到防渣、燃尽、低NOx一体化的目的。首先将炉内大空间整体作为对象，通过炉内射流合理组合及喷口合理布置，炉膛内中心区形成具有较高温度、较高煤粉浓度和较高氧气区域，同时炉膛近壁区形成较低温度、较低CO和较低颗粒浓度的区域，使在空间尺度上中心区和近壁区三场(温度场、速度场及颗粒浓度场)特性差异化。在燃烧过程尺度上通过对一次风射流特殊组合，采用低NOx喷口或等离子体燃烧器，热烟气回流等技术，强化煤粉燃烧、燃尽及NOx火焰内还原，并使火焰走向可控，最终形成防渣、防腐、低NOx及高效稳燃多种功能的一体化。双尺度技术是从解决真型炉存在的实际问题出发，经多年对真型炉炉内燃烧三场特性系统测试总结归纳而成的，对炉内相关燃烧的特性规律有独到认知，逐步形成了独特的综