660 MW超超临界锅炉NOx排放特性试验研究

路通畅，韩宝庚，程 林，刘 磊，朱安钰

(华能巢湖发电有限责任公司，安徽 巢湖 2 38000)

660 MW超超临界锅炉NOx排放特性试验研究

路通畅，韩宝庚，程 林，刘 磊，朱安钰

(华能巢湖发电有限责任公司，安徽 巢湖 2 38000)

通过对某电厂660MW超超临界锅炉的研究，在改变锅炉负荷、运行氧量、SOFA风量和配风方式等情况下，测定锅炉脱硝入口处NOx排放浓度，分析燃烧调整对NOx排放的影响。通过研究表明:在额定负荷运行时，氧量3.0%时，NOx排放最低;中负荷500MW运行时，氧量3.3%时，NOx排放最低。燃烧试验煤种时，当煤粉细度R90降低到25%时，NOx排放降低了4.2%;降低一次风量可以使NOx的排放降低;在额定负荷下，缩腰型配风方式NOx排放最低。

超超临界;运行氧量;NOx排放;一次风量

0 引言

氮氧化物不但对环境造成破坏，还对人类健康造成伤害［1，2］。自20世纪80年代，国外许多国家为控制NOx排放采取措施［3］;近年来国内环境问题日益恶化，为了降低氮氧化物对环境的污染，不断修订大气污染物排放标准。降低火电厂NOx的排放标准。而超超临界机组具有效率高、造价低等优点［4，5］，必将成为燃煤机组的主流锅炉，所以研究大型超超临界锅炉NOx排放特性具有实际意义。

煤炭在燃烧过程中，NOx的生成主要有三种途径［6，7］:一是热力型，主要是空气中的 N2被氧化生成NOx，热力型NOx占NOx总生成量的10%～20%，其生成主要和炉膛温度有关;二是燃料型，主要是燃烧中的N元素氧化生成的NOx，燃料型NOx的生成占NOx占总生成量的75% －90%，其生成与炉膛温度和氧量有较大的关系;三是快速型，这部分占NOx总量相对较少［8］。通过研究NOx生成机理，控制煤粉合理的燃烧，可以有效降低NOx的排放。

1 设备简介

1.1 锅炉本体

某电厂锅炉为SG-2037/26.15－M626型，由上海锅炉厂生产，一次中间再热、单炉膛、露天布置、平衡通风、固态排渣、Π型超超临界锅炉。

锅炉配有6台HP1003/Dyn型中速磨煤机，采用正压直吹式制粉系统，每台磨煤机有4个煤粉出口，每个煤粉出口接到同一层四角煤粉燃烧器，在炉膛形成顺时针切圆燃烧。一次风射线中心与前墙水冷壁夹角为41°，二次风喷口具有一个直吹式喷口和两个偏置风喷口，二次风偏置风射线中心与一次风之间的夹角为22°，从而形成同心切圆燃烧方式。在主燃烧器上部布置有两层紧凑燃尽风和5层SOFA燃烧器喷嘴，设计紧凑燃尽风占二次风比例10%，SOFA风占二次风比例为30%。

1.2 试验燃煤成分

试验期间燃用煤种是澳洲煤与神混煤的混煤，神混煤与澳洲煤的掺烧比例为8∶2，采用分磨掺烧方式，A、B、C、E、F磨煤机磨制神混煤，D磨煤机磨制澳洲煤，煤质特性如表1所示。

表1 试验燃煤的成分分析

2 试验方法

(1)试验测点布置

本锅炉具有脱硝装置，在脱硝入口进行烟气成分分析 (氧量、CO、NOx)，每15 min测量一次，并在空预器出口进行烟气测量 (氧量、CO、NOx)和排烟温度测量，每15 min分析一次。具体方式是:调整试验负荷，先对设备每一测孔进行烟气分析，通过对烟气分析结果，选取测孔代表点进行测量，然后通过网格测量法进行测点布置，试验时通过真空泵抽取烟气，用烟气分析仪进行测量分析。

(2)试验工况

试验工况分有2个负荷 (660 MW，500 MW)、3种SOFA风挡板开度、7个氧量点 (额定负荷测量4个氧量点，中负荷500 MW测量3个氧量点)、2个一次风量，3种煤粉细度和4种配风方式，共计19个工况点。

(3)试验数据处理

煤质数据和NOx测量数据均按国家标准计算分析;排烟氧量与排烟温度按算术平均值进行计算;锅炉效率采用反平衡方法计算。

3 试验结果及分析

3.1 运行氧量对NOx排放影响

运行氧量对炉膛温度也有较大的影响，炉膛温度对NOx也有较大的影响，试验时采用高温仪对炉膛进行了温度测量，综合分析对NOx生成的影响。变氧量在660 MW和500 MW两个负荷下进行。在机组660 MW负荷下，炉膛温度与NOx排放变化趋势如图1所示。从图1a中可以看出，在氧量4.3%运行时，在炉膛30～40 m处主燃烧器区温度较高，通过图1b可以看出，NOx的排放最高，主要原因是主燃烧器氧气也充足，使得煤粉充分燃烧，从而此区炉膛温度也高，由于氧量和温度都高，热力型与燃料型NOx生成量较多，所以NOx排放较大。从炉膛温度看，氧量较高运行时，燃尽风区炉膛温度最低，而此时SOFA风更类似一股冷却风，降低炉膛上部的温度。随着氧量的降低，主燃烧温度也随之降低，热力型与燃料性NOx生成随之减小，在氧量3.0%时，NOx排放达到了最低。当氧量降低到2.4%时，大量煤粉在主燃烧器区没有充分燃烧，当运动到燃尽风区域时，遇到大量氧量，煤粉得到充分燃烧，NOx生成有所增加，同时燃尽风区温度也较高。可以看出，由于燃尽风占二次风比例较大，氧量过大过小都会使得燃尽风的作用减弱。

图1 660 MW负荷下变氧量试验结果

在中负荷500 MW下，炉膛温度及NOx的生成变化趋势如图2所示。通过图2a可以看出，运行氧量在5.0%时，由于氧量过大，炉膛整体温度都较低;通过图2b可知，在此氧量下运行时，NOx排放量最大，主要原因是由于氧量较大。可以看出，虽然炉膛整体温度相对较低，热力型NOx的生成减少，而燃料型NOx生成量增加。试验结果可知，燃料型NOx生成量增加的幅度要多于热力型NOx生成量减小是幅度，使得总体的NOx排放增多。对于大型燃煤锅炉，相对炉膛温度，氧量对NOx排放的影响较大。从图2b看出，NOx的排放随着氧量的降低而降低;而炉膛平均温度变化趋势与之相反。

图2 500MW负荷下变氧量试验结果

3.2 SOFA风对NOx排放影响

燃尽风技术是减少NOx的排放比较有效的方法，其中燃尽风率是燃尽风技术降低NOx排放的关键因素［9，10］，二本锅炉设计燃尽风占二次风的40%，占二次风较大比例，通过调整SOFA风挡板开度，对锅炉的燃烧具有较大的影响。在额定660 MW负荷下，氧量维持在3.0%左右进行，紧凑燃尽风全开，控制5层SOFA风门挡板开度为65%，75%和80%。试验结果如图3所示。从图3可知，SOFA风挡板开度从65%增大到75%时，NOx变化不大;当增大到80%，NOx排放有大幅度降低。主要原因是当增大SOFA风时，主燃烧区氧量浓度降低，使得NOx的生成降低。可以得出，在开度为80%时，此时主燃烧区域与燃尽风区域NOx生成的总量达到了最小，从降低NOx的排放来讲，燃尽风控制在80%。

图3 变SOFA风门开度试验结果

3.3 配风方式对NOx排放影响

配风方式通过改变二次风风门开度方式来调整锅炉的燃烧。试验时控制负荷在660 MW，运行氧量调整到3.0%左右，5层SOFA风门开度控制在75%，二次风门分别调整为均等、倒塔、正塔、缩腰4种配风形式，试验结果如图4所示。可以看出，倒塔配风，均匀配风和正塔配风运行时，对NOx排放影响较小，而缩腰配风运行时，NOx的排放最低，这是因为缩腰型配风是通过减少中间及下层二次风的进风量，使得主燃烧区域的氧浓度相对较低，从而减少NOx的生成。

图4 变配风方式试验结果

3.4 一次风量对NOx排放影响

一次风量提供煤粉初期燃烧所需要的氧量，其对NOx的生成也有一定的影响。在额定负荷660 MW下，运行氧量维持在3.0%左右，磨煤机一次风管风量控制在110 t/h和85 t/h，试验结果如图5所示。通过图可以看出，当一次风量减少时候，NOx排放从165 mg/m3增加到143 mg/m3，降低幅度为13.3%，可以看出较小的一次风量运行时，NOx的生成减小，主要原因是当一次风量减少时，使煤粉燃烧初期煤粉挥发份中的NOx生成的减少，从而使得NOx的排放减少。

图5 变一次风量试验结果

3.5 煤粉细度对NOx排放的影响

试验是在额定660 MW负荷下进行，通过改变磨煤机分离器转速来调整煤粉细度的。总风量控制在1 700 t/h，分离器转速分别控制在600 r/min，700 r/min，800 r/min;试验结果如表2所示。可以看出，分离器转速从600 r/min降低到700 r/min时，对NOx排放基本没有影响。当700 r/min增大到800 r/min时，煤粉细度才有所降低。主要原因是在细颗粒与超细颗粒燃烧时，由于煤粉颗粒较细，其燃烧速度提高，从而消耗大量氧气，使得氧量浓度降低，碳表面还原气氛加强，使NOx生成降低，根据文献 ［11］可知只有煤粉细度达到一个界值时，继续降低煤粉细度NOx才会降低。对于高挥发份神华煤种，在分离器转速达到 800 r/min时，NOx的排放降低了4.2%。

表2 变煤粉细度试验结果

3.6 控制NOx排放对锅炉效率的影响

从NOx生成机理来讲，减少NOx生成就是降低炉膛温度和氧量，这些对锅炉的燃烧不利［12］，容易造成煤粉的燃烧不够充分从而影响机制的经济性。但是可以根据燃烧器的特点，通过燃烧调整，达到降低NOx的生成而且不影响机组的经济性。

以变氧量和变SOFA风挡板开度为例，在机组660MW负荷下，将他们的NOx排放浓度与锅炉效率列于表3中比较。

表3 NOx排放与锅炉效率的对比

通过表3可以看出，在变氧量试验中，锅炉效率的变化趋势和NOx的变化趋势相反。在运行氧量为3.0%时，锅炉效率最高，NOx排放达到了最低。调整SOFA风大小试验可以看出，在开度为80%时，NOx排放最低，此时锅炉效率也是最高。可以得出，对于大容量机组锅炉，采用较大比例的燃尽风时，可以很好地调节NOx的生成，并且机组的经济性不会降低。

4 结论

(1)氧量对NOx的排放有较大的影响。当燃烧试验煤种时，负荷660MW在运行氧量为3.0%，NOx排放最低;中负荷500MW时，运行氧量3.3%，NOx排放最低。

(2)在额定负荷运行下，缩腰配风燃烧方式NOx的排放最低。

(3)一次风量越大，NOx生成越大，在额定负荷运行下，当一次风管风量从110 t/h降低到85 t/h时，NOx降低了13.3%。

(4)在额定负荷下，燃烧试验煤种时，当煤粉细度 R90减低到 25%时，NOx排放降低了4.2%。

(5)对于大容量锅炉，采用较大燃尽风比例燃烧方式，可以更好地控制NOx的排放，并且对锅炉效率影响较小，对大型锅炉燃尽风设计提供了试验数据。

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Experimental Study on a 660MW Ultra-supercritical Boiler NOxEmission

Lu Tongchang，Han Baogeng，Cheng Lin，Liu lei，Zhu Anyu
(Huaneng Chaohu Power Co．，Ltd，Chaohu 238000)

By studying the 660MW ultra supercritical boiler，this paper measures NOxemission concentration at the entrance of boiler denitration，analyzes the effects of combustion adjustment to the NOxemissions with various of boiler load，coefficient of excess air，sofa air and air distribution．The results demonstrate that NOxemissions are minimum under rated load and coefficient of excess air is 3%．When boiler load turning into 500MW and coefficient of excess air is 3.3%，NOxemissions is the least．According to combustion test of coal，NOxemissions decline when R90is 25%，NOxemissions reduce by 4.2%．The emissions is the least with waist drum air distribution at the rated load．

ultra-supercritical;operation oxygen;NOxemissions;primary air volume

TK227.1

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2015.03.004

2014－12－18。

路通畅 (1987-)，男，硕士研究生，主要从事高效、清洁燃烧及环境污染控制方面的研究，E-mail:zhuanyu．love@163．com。