基于多参数深度优化降低锅炉...O和NO_x浓度的试验研究_王圣.pdf

第 37 卷 第 6 期2022 年 12 月Vol.37 No.6Dec.2022电力学报JOURNAL OF ELECTRIC POWER文章编号：1005-6548（2022）06-0507-08 中图分类号：TM621 文献标识码：A 学科分类号：47040DOI：10.13357/j.dlxb.2022.060开放科学（资源服务）标识码（OSID）：基于多参数深度优化降低锅炉省煤器出口 CO和 NOx浓度的试验研究王圣，陈辉，张天翼，胡耘（国家能源集团科学技术研究院有限公司 清洁高效燃煤发电与污染控制国家重点实验室，南京 210023）摘要：某电厂 2#600 MW 超临界机组锅炉在高负荷运行时，存在省煤器出口 CO 和 NOx浓度偏高的问题，严重影响锅炉运行的经济性、安全性和环保性。开展摸底诊断试验分析 CO 和 NOx浓度偏高的原因，分析得知，省煤器出口氧量分布不均匀和煤粉细度不合适是造成 CO 浓度偏高的主要原因，同时煤粉细度的不合适还会造成省煤器出口 NOx浓度、过热减温水量和飞灰含碳量的增加。在锅炉深度低氮燃烧状态下，通过深度优化煤粉细度数值，省煤器出口 NOx质量浓度由调整前的 308 mg/Nm3下降至 251 mg/Nm3，降幅约 18.51%，省煤器出口的 CO 体积浓度由1 298 L/L降低至 830 L/L。过热减温水量降低 7 t/h，飞灰含碳量（质量分数）由 2.10%降低至 0.84%，降低 1.26百分点。通过调整燃烧器外二次风门开度、SOFA 风外二次风门开度改善省煤器出口氧量分布，氧量（体积分数）偏差最大值由调整前的 4.7百分点下降至 1.5百分点，省煤器出口 CO 体积浓度由 830 L/L 下降至 340 L/L。经过优化调整，锅炉效率提高约 0.68百分点，影响煤耗降低约 2.04 g/（kWh）。锅炉运行经济性、安全性和环保性得到较大提高，为同类型机组运行提供参考依据。关键词：超临界机组；锅炉；CO浓度；NOx浓度；煤粉细度；优化运行The Experimental Study on Reducing the Outlet CO and NOx Concentration of Boiler Economizer Based on Multi-parameter Depth OptimizationWANG Sheng，CHEN Hui，ZHANG Tian-yi，HU Yun（State Key Laboratory of Clean and Efficient Coal-fired Power Generation and Pollution Control，China Energy Science and Technology Research Institute Co.，Ltd.，Nanjing 210023，China）Abstract：During high load operation of 2#600 MW supercritical unit boiler in a power plant，there is a problem of high CO and NOx concentration of economizer outlet.It seriously affects the economy，safety and environmental protection of boiler operation.To conduct diagnostic mapping tests to analyze the causes of high CO and NOx concentrations，due to the uneven distribution of oxygen at the outlet of economizer and the improper fineness of pulverized coal，the CO concentration is high，at the same time，the improper fineness of pulverized coal will also lead to the increase of NOx concentration，overheating and temperature reduction，and carbon content 收稿日期：2022-11-07基金项目：国家能源集团 2022年科技专项（GJNY-22-89）；国家重点研发专项（2022YFC3701504）。作者简介：王圣（1973），男，博士，研究员级高工，主要从事电力环评、规划环评、电力环境保护等方面的研究，已在国内外期刊及重要会议发表论文 278篇，；陈辉（1982），男，高级工程师，主要从事电站锅炉燃烧调整、技改评估和课题研究，发表论文 30余篇，获得发明专利 10项，；张天翼（1995），男，工程师，主要从事电力管理等方面的研究，；胡耘（1983），女，博士，高级工程师，主要从事电力环保等方面的研究，hu_。引文格式：王圣，陈辉，张天翼，等.基于多参数深度优化降低锅炉省煤器出口 CO 和 NOx浓度的试验研究 J.电力学报，2022，37（06）：507-514.DOI：10.13357/j.dlxb.2022.060.第 37 卷电力学报of fly ash.Under the condition of low nitrogen combustion，optimization of pulverized coal fineness by depth，NOx concentration at economizer outlet decreases to 251 mg/Nm3 from 308 mg/Nm3 before adjustment，with a decrease of about 18.51%，CO concentration at economizer outlet decreases from 1 298 L/L to 830 L/L，overheating desuperheating water decreases 7 t/h，and the carbon content of fly ash decreases from 2.10%to 0.84%，with a decrease of 1.26 percentage points.By adjusting the opening of the secondary air valve outside the burner and SOFA the opening of the secondary air valve outside the burner，the oxygen distribution at the outlet of the economizer is improved，the maximum deviation of oxygen content decreased from 4.7 percentage points before adjustment to 1.5 percentage points，and CO concentration at economizer outlet decreases from 830 L/L to 340 L/L.After optimization，Boiler efficiency increases by about 0.68 percentage points，about 2.04 g/（kWh）less coal.The economy，safety and environmental protection of the boiler are improved，to provide reference for the operation of the same type of unit.Key words：supercritical unit；boiler；CO concentration；NOx concentration；coal powder fineness；optimized operation0 前言 随着机组容量的扩大，电站燃煤锅炉尤其是前后对冲燃烧方式锅炉往往会存在省煤器出口 CO 和 NOx浓度偏高的问题，严重影响锅炉的经济性、安全性和环保性1-2。NOx排放造成的环境污染越来越严重，随着多地新版大气污染物综合排放标准的颁布实施，对燃煤电厂 NOx排放提出了严格要求3-4。为了减少 NOx对大气的污染，燃煤电厂大多采用低氮燃烧器改造和烟气净化治理改造。以往优化调整试验更多地关注了燃烧器二次风配风方式的调整可以在一定程度上降低省煤器出口 CO 和 NOx浓度，但很难非常好地解决该问题。目前，锅炉处在深度低氮燃烧状态下，煤粉细度的深度优化对省煤器出口 CO 浓度、NOx浓度和飞灰含碳量有着较大的影响，国内陈辉、戴维葆等人所著文章 电站锅炉燃用高灰分烟煤煤粉细度选择方法研究研究表明，通过数值模拟和现场试验研究得到，燃用高灰分烟煤时，煤粉细度降低 12百分点后，省煤器出口NOx浓度降低 23.91%，飞灰含碳量降低 3.23百分点，锅炉效率提高 2.3百分点5。蔡培所著文章 电站锅炉燃用贫煤煤粉细度计算方法 研究表明，燃用贫煤时的煤粉细度在设计选择时较现有 火力发电厂制粉系统设计计算技术规定（DL/T 51452012）中选取值基础上降低 23百分点，飞灰含碳量降低约 5.21百分点，锅炉效率提高 3.58百分点，省煤器出口 NOx质量浓度降低约 175 mg/Nm3，降幅达 18.6%6。本文以某发电公司 2#600 MW 超临界机组锅炉为研究对象，通过摸底诊断试验分析 CO和 NOx浓度偏高的原因，根据分析结果针对性地开展煤粉细度深度优化，同时结合锅炉二次风、SOFA风配风方式优化调整，可以较好地降低省煤器出口 CO浓度、NOx浓度、飞灰含碳量、过热减温水量等，提高锅炉效率，进而提高锅炉运行的经济性、安全性和环保性。通过多参数深度优化降低锅炉排放的 CO 和 NOx浓度，从源头上减轻 SCR脱硝系统喷氨压力7-8，降低烟气中氨逃逸浓度，减少污染物对大气的污染，符合绿色煤电发展要求。1 锅炉设备概况 2#机组锅炉是东方锅炉厂生产制造的超临界锅炉，机组容量 600 MW。锅炉采用 型布置，单炉膛、低NOx轴向旋流燃烧器前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。锅炉配有正压、直吹式制粉系统，2台密封风机，6台中速磨煤机。干态运行时采用控制煤水比进行粗调，减温水作为细调。再热汽温度正常情况下主要由烟气分配挡板调节，紧急情况下由喷水减温器调节。锅炉风烟系统配有 2台三分仓回转式空气预热器。1.1主要参数锅炉主要设计参数见表 1。1.2锅炉燃料特性锅炉设计煤种特性见表 2。508第 6 期王圣，等：基于多参数深度优化降低锅炉省煤器出口 CO和 NOx浓度的试验研究2 摸底诊断试验 2#机组 600 MW 负荷时，A、B、C、D、E 共 5 台磨煤机运行，开展摸底诊断试验，主要测量磨煤机煤粉细度、省煤器出口氧量分布、CO 浓度、NOx浓度、飞灰含碳量和锅炉效率等。试验期间燃用煤种数据见表 3，试验结果见图 1。考虑到电厂里多采用变频器控制磨煤机分离器转速，进而调整煤粉细度，变频器频率越高，分离器转速越大（二者存在对应关系），故直接对变频器频率进行论述。600 MW 负荷下，实际测量 A、B、C、D、E 共 5 台磨煤机的煤粉细度，A 磨出力 42 t/h，变频器频率 30 Hz时，煤粉细度 R90为 21.8%；B磨出力 45 t/h，变频器频率 30 Hz时，煤粉细度 R90为 20.6%；C磨出力 44 t/h