燃煤发电环保“紧箍咒”越念越紧,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米渐成燃煤电厂的“生死线”。在东部地区燃用优质煤电厂争相宣告完成超低排放改造后,数量不在少数的燃用劣质煤电厂生存与发展迎来重大挑战。

  面对严苛的环保改造国家标准,煤质可燃基挥发分在8-18%左右的“W”型火焰锅炉,由于着火、燃尽难,炉膛内布置的卫燃带多,燃烧温度高,炉膛出口氮氧化物(NOx)一般在1200毫克/立方米左右,实现超低排放难度极大。

  “W”型火焰锅炉曾以优异的燃烧稳定性能,较好地解决了我国分布广泛的低挥发分劣质煤用于发电的问题,因着火后在下部燃烧室内形成“W”型火焰而得名。

  近两年,部分采用“W”型火焰锅炉的电厂积极主动进行技术改造,如采用低氮燃烧技术、加装选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术和受热面优化等,但从改造效果看,大部分不尽如人意,存在排放指标仍未达标或运行成本严重偏高等问题。

  作为国内“W”型火焰锅炉最大的生产制造商,东方 电气集团东方 锅炉股份有限公司有近百台300兆瓦亚临界、600兆瓦亚临界和超临界“W”型火焰锅炉在役运行的供货业绩,长期潜心低氮排放、锅炉参数提升等技术研究。

  采访中,东锅董事长徐鹏和记者说,“近两年来,东锅对有关技术进行了深度分析,提出了‘W’炉实现超低排放的一体化、系统性解决方案和锅炉提效技术路线年开始,对国内一批亚临界‘W’炉进行了低氮燃烧、煤种适应等改造,取得了优异的改造效果。”

  “氮氧化物的超低排放和煤耗是‘W’炉面临的最大挑战。”东锅副总工程师刘泰生直言,“‘W’炉氮氧化物达标最大的难度在于低氮燃烧和SNCR,也就是说改造的关键在锅炉,要尽可能降低炉膛出口的氮氧化物排放量。”

  数据显示,国内引进的各技术流派的“W”炉氮氧化物排放量基本都在1000毫克/立方米以上,有些甚至高达1800-2000毫克/立方米,远高于常规燃烧方式锅炉的排放水平,难以满足新的国家排放标准。

  “早期引进FW型‘W’炉燃烧系统过分强调稳燃,火焰未达到顶期的下冲深度,带来氮氧化物排放量大、加风困难、减温水量大、排烟温度高等问题。”东锅技术中心高级工程师李红兵透露。

  在总结工程实施经验和长期持续优化的基础上,东锅对传统“W”炉结构可以进行了较大的变革,通过采用自主煤粉燃烧器,优化配风设计,实现了高燃烧效率和大幅度降低氮氧化物排放的和谐统一,并解决了现有“W”炉固有的问题,形成一套全新的“W”炉低氮燃烧技术。工程实践证明,对燃用低挥发分煤的“W”炉实施改造后氮氧化物排放可低于800毫克/立方米,达到国内领先水平。

  滴水穿石,非一日之功。在全新“W”炉低氮燃烧技术推出之前,东锅已经递进更新了五代燃烧系统,相继进行了燃烧器角度及二次风优化配置等设计改进;优化风箱结构,改变拱上、拱下送风比例,解决300兆瓦机组加风困难问题;分离布置乏气风与主燃烧器;合理优化布置燃尽风系统,调整燃烧器数量,优化防焦方案等。

  在改造中,全新低氮燃烧技术并不是一竿子撑到底,针对不同电厂实际运行煤质、原设备状况、改造后期望值、投资等条件,可以因事制宜选择最佳的改造措施组合。

  “对于炉膛、煤质条件较好,或者当地政策允许氮氧化物排放100毫克/立方米的电厂,推荐有明确的目的性地对锅炉采取局部优化措施;对于较早期投运的‘W’炉和当地政策要求氮氧化物排放50毫克/立方米的电厂,推荐采用全新燃烧系统替代原有系统并配套进行受热面等其他优化。”李红兵建议说。

  全新低氮燃烧技术只是降低氮氧化物排放量的第一步。为实现氮氧化物超低排放指标,高效SNCR和SCR优化脱硝技术也是重要一环,为此东锅提供了纯燃用低挥发分煤和掺烧烟煤两种技术路线供用户选择。

  纯燃用低挥发分煤的改造方案,要求低氮燃烧实现氮氧化物排放小于800毫克/立方米的初始浓度,SNCR脱硝效率达到25%,SCR脱硝效率达到92%;掺烧烟煤的改造方案,要求低氮燃烧实现氮氧化物排放小于600毫克/立方米的初始浓度,SCR脱硝效率达到92%。两种技术路线的最终目标都是实现氮氧化物排放量小于50毫克/立方米。(见表1)

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