流化床锅炉燃用府谷煤污染物特性试验研究

彭北松，刘行磊，丁 芸

(1.东方电气集团东方锅炉股份有限公司，四川 成都 611731；2.京海煤矸石发电有限责任公司，内蒙古 京海 010600)

流化床锅炉燃用府谷煤污染物特性试验研究

彭北松1，刘行磊1，丁 芸2

(1.东方电气集团东方锅炉股份有限公司，四川 成都 611731；2.京海煤矸石发电有限责任公司，内蒙古 京海 010600)

重点研究了府谷煤采用流化床燃烧技术时正常运行床温稳定燃烧试验工况下污染物排放特性。试验结果表明，府谷煤污染物原始排放主要影响因素为运行床温、炉内投入石灰石量和运行氧量。运行过程中，通过调整一次风量等参数严格控制平均运行床温<910℃，能够避免变负荷过程NOX排放较大波动。结合府谷煤的燃尽特性、NOX和SO2排放特性，综合协调控制运行床温、SNCR脱硝喷氨量、炉内投入石灰石量和运行氧量等参数，实现府谷煤的洁净、经济和高效燃烧。

300 MW CFB锅炉；府谷煤；污染物特性

0 引 言

循环流化床锅炉以其广泛的燃料适应性、高的燃料燃烧效率和低污染物排放等良好特性，在洁净煤燃烧发电领域得到广泛商业应用[1-3]。研究表明：流化床燃烧技术的NOX污染物排放主要随着燃料挥发分含量的增加而增大，随着煤质品质的下降而增大。流化床锅炉中煤的矿物质可以吸收燃烧过程释放的SO2，流化床燃烧过程的这一特性被称为煤的固有脱硫能力(即自脱硫能力)。流化床燃烧具有低温燃烧特性，使得炉内加入脱硫剂(如CaO等碱金属氧化物)吸收SO2并形成稳定的硫酸盐化合物，实现流化床锅炉的炉内高效脱硫。

目前，采用流化床燃烧技术燃用陕西府谷煤燃烧特性和污染物排放特性试验研究很少；而工程生产中急需找到影响NOX、SO2排放的主要运行参数指导运行，因此，在陕西榆林新元洁能清水川电厂2×300 MW亚临界CFB锅炉上，对陕西府谷煤进行了燃烧和污染物排放特性试验研究。从锅炉运行安全性、稳定性和污染物排放控制等角度进行比较分析，为流化床锅炉燃用陕西府谷煤优化设计和工程运行提供重要数据支持。

1 试验炉型介绍

试验锅炉为东方锅炉股份有限公司自主开发、设计制造的300 MW循环流化床锅炉，见表1。锅炉为循环流化床、亚临界参数，一次中间再热自然循环汽包炉、紧身封闭、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、炉顶设轻型金属屋盖。锅炉主要由1个膜式水冷壁炉膛，3台冷却式旋风分离器和1个由汽冷包墙包覆的尾部竖井(HRA)3部分组成。炉膛内前墙布置有6片中温过热器管屏、6片高温过热器管屏及6片高温再热器管屏，后墙布置2片水冷蒸发屏。

表1 锅炉主要设计参数

注：g表示表压。

锅炉共布置有8个给煤口，全部布置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部是由水冷壁管弯制围成的水冷风室，水冷风室两侧布置有一次热风道，进风型式为从风室两侧进风，空气预热器一二次风出口均在两侧。炉膛下部左右侧的一次风道内分别布置有2台点火燃烧器。6个排渣口布置在炉膛后水冷壁下部，分别对应6台滚筒式冷渣器。

炉膛与尾部竖井之间，布置有3台冷却式旋风分离器，其下部各布置1台“U”阀回料器，回料器为一分为二结构，保证了沿炉膛深度方向上回料的均匀性；尾部采用双烟道结构，前烟道布置了3组低温再热器，后烟道布置有4组低温过热器，向下前后烟道合成1个，在其中布置有H型鳍片管式省煤器和卧式空气预热器。过热器系统中设有两级喷水减温器，再热器系统中布置有事故喷水减温器和微喷减温器。

2 煤质特性

该CFB锅炉设计燃料为低热值褐煤，试验煤质为陕西府谷煤，见表2所示。

3 数据分析与处理

3.1 SO2排放特性

这里设计煤质的SO2理论最大排放值为952 mg/Nm3，设计Ca/S摩尔比为2.0条件下折算SO2保证排放值为100 mg/Nm3(干烟气、6%氧量)。

试验燃烧煤质(即陕西府谷煤)的SO2理论最大排放值为1 470 mg/Nm3。对流化床锅炉进行燃烧调整试验工况，在不添加石灰石前提下，得到府谷煤的SO2实际排放值为447～759.6 mg/Nm3(见表3)。

试验数据表明，府谷煤的SO2排放值随着运行床温的升高而升高，随着运行氧量的升高而降低；然而，燃料的燃尽率随着运行氧量的升高而提高，随着运行床温升高而提高，因此寻求一个合理的运行床温和运行氧量试验工况，对府谷煤的燃尽特性和污染物排放特性显得尤为重要。试验数据表明，控制流化床锅炉运行氧量<3.25%和运行床温<916℃，能够实现陕西府谷煤自脱硫效率为69.5%，表明府谷煤的自脱硫特性良好。

表2 试验期间燃用煤质分析

表3 陕西府谷煤污染物排放试验参数汇总

3.2 运行床温对NOX排放影响

结合府谷煤燃烧调整不同运行工况参数，归纳总结了平均运行床温对府谷煤NOX折算原始排放量影响曲线(不添加石灰石，不投运SNCR脱硝设备)，见图1所示。试验结果表明，随着运行床温的升高，床温对NOX折算原始排放量的影响程度越明显。

图1 府谷煤燃烧过程折算NOX原始排放与床温关系

3.3 运行氧量对NOX排放影响

图2给出了机组运行负荷为190 MW期间，陕西府谷煤的运行氧量与NOX排放值的关系曲线。在运行负荷、平均床温和喷氨量相对稳定的工况下，NOX排放值随着运行氧量的升高而明显升高。

图2 府谷煤燃烧过程氧量对NOX排放影响

3.4 炉内脱硫对NOX排放影响

试验在投运SNCR脱硝设备，炉内不投运石灰石稳定满负荷工况下，省煤器入口平均氧量值2.0%，平均运行床温约为930 ℃，对应折算标况下SO2排放值为738.7 mg/m3，NOX排放值为72.50 mg/m3。

在向炉内逐渐添加石灰石量并稳定后，省煤器入口平均氧量值为2.0%，平均运行床温约为930 ℃，折算标况下SO2排放值为453.8 mg/m3，NOX排放值为108.7 mg/m3。即向炉内添加石灰石实现炉内脱硫效率为70%时，对应折算标况NOX排放值从72.50 mg/m3升高到108.7 mg/m3，增 长 绝 对 值

36.2 mg/m3，其增长相对幅度为50%。试验数据表明，对CFB锅炉燃用陕西府谷煤值而言，炉内石灰石脱硫对污染物NOX排放影响较大。

3.5 喷氨量对NOX排放影响

分别在发电机组300 MW两组试验工况，在其他运行参数保持不变的情况下(如机组负荷、运行氧量、运行床温和配风等参数)，通过改变旋风分离器入口位置SNCR脱硝设备的喷入氨量方式，考察喷氨量对脱硝效率的影响。

试验表明：试验工况A(机组负荷300 MW、氧量2.0%、平均床温930℃、一次风率46.8%)，喷入氨水量由1.39 m3/h降至0 m3/h时，NOX排放值为由70.3 mg/m3升至307 mg/m3(折算标况)，表明SNCR脱硝设备的脱硝效率为77.1%；

试验工况B(机组负荷300 MW、氧量3.32%、平均床温914℃、一次风率47.2%)，喷入氨水量由1.18 m3/h升至1.37 m3/h时，NOX排放值由54.31 mg/m3降至36.14 mg/m3(折算标况)，炉内脱硝效率增加12%。

4 结 论

1)试验数据表明，府谷煤的SO2排放随着运行床温的升高而升高，随着运行氧量的升高而降低。额定机组负荷300 MW工况下，不向炉内添加石灰石，控制流化床锅炉运行氧量<3.25%和运行床温<916℃时，对应府谷煤的自脱硫效率为69.5%，表明采用流化床锅炉燃用府谷煤能够实现很高的自脱硫效率。

2)开展了NOX排放燃烧调整试验，重点研究了石灰石、运行床温、运行氧量、喷氨量等因素对NOX排放特性的影响。试验表明：府谷煤NOX排放随着运行床温、运行氧量的升高而升高；流化床炉内石灰石脱硫对府谷煤NOX排放影响较大；流化床燃烧技术采用SNCR脱硝设备，其脱硝效率高达77%。

3)试验研究表明，府谷煤污染物原始排放主要影响因素为运行床温、炉内投入石灰石量和运行氧量。机组在变负荷过程中运行参数变化幅度较大，容易造成NOX排放产生较大波动。

运行过程中，建议通过调整一次风量等参数严格控制平均运行床温<910℃，有效避免变负荷过程NOX排放产生较大波动。结合府谷煤燃尽特性、NOX和SO2排放，协调控制运行床温、SNCR脱硝喷氨量、炉内投入石灰石量和运行氧量等参数，实现府谷煤的洁净、经济和高效燃烧。

[1] 岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行[M]. 北京: 中国电力出版社, 1998.

[2] 刘行磊，宋刚，徐国辉，等.东方锅炉300 MW机组CFB锅炉混煤燃烧试验研究[J].东方电气评论，2015(1)：32-36.

[3] 刘德昌, 阎维平. 流化床燃烧技术[M].北京: 中国电力出版社, 1998.

The pollutant discharge characteristics of Fugu(Shanxi province)coal are mainly studied when using fluidized bed combustion technology in normal running bed temperature under stable combustion test condition. The experimental results show that the main influencing factors for original pollutant discharge of Fugu coal is running bed temperature, amount of limestone into furnace and running oxygen content in the flue gas. In the process of operation, strictly controlling the average running bed temperature less than 910℃ by adjusting the parameters such as primary air flow, can avoid the large fluctuations of NOXemissions in load change process. Combining with burnout characteristics of Fugu coal and emission characteristics of NOXand SO2, the clean, economic and efficient combustion of Fugu coal will be realized by comprehensively coordinating control parameters such as running bed temperature and SNCR denitration spray amount of ammonia, amount of limestone into furnace and running oxygen content in the flue gas etc.

300 MW CFB boiler; Fugu coal; pollutant characteristics

TK229.6

A

1003-6954(2017)03-0091-04

2017-01-13)

彭北松(1961)，工程师，从事循环流化床锅炉调试工作；

刘行磊(1984)，硕士研究生、工程师，从事循环流化床锅炉研制工作；

丁 芸(1968)，从事循环流化床机组调试、运行优化及生产技术管理工作。