珠海金湾电厂NOx特性试验报告资料.docx
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珠海金湾电厂NOx特性试验报告资料
广东珠海金湾发电厂
600MW超临界机组4号锅炉
NOx排放特性试验报告
试验目的
随着国家能源政策方面对环境保护的要求越来越严，我公司很多早期生产制造的煤粉锅炉面临着环保方面的压力，特别是在降低NOx排放上已到了迫切需要改造锅炉燃烧系统的地步，我公司作为锅炉设备的制造商必须掌握最先进的燃烧器技术，锅炉NOx排放水平必须处于世界领先水平，因此有必要掌握和了解我公司目前已运行锅炉的NOx排放水平，以期在此基础上对燃烧器作更好的改进，使我产品有更强的竞争力。
珠海金湾发电厂600MW超临界机组3、4号锅炉是我公司在引进ALSTOM超临界锅炉技术的基础上，结合上海锅炉厂有限公司燃用神府东胜煤的经验设计制造的锅炉。
基于此类燃烧器型式在控制NOx排放上有非常出色的业绩，因此目前公司准备将该锅炉的燃烧系统型式用于很多早期产品的改造上，所以掌握该锅炉燃烧系统NOx排放特性能为以后的锅炉设计和改造提供一些试验依据。
设备概况
珠海金湾发电厂一期3、4号机组工程2×600MW超临界锅炉是在引进ALSTOM超临界锅炉技术的基础上，结合上海锅炉厂有限公司燃用神府东胜煤的经验，并根据用户的一些特殊要求自行设计的锅炉。
电厂4号锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、全钢架悬吊结构Π型露天布置、固态排渣。
炉后尾部布置两台转子直径为Φ13492mm的三分仓容克式空预器。
制粉系统采用中速磨煤机、冷一次风机、正压直吹式制粉系统，配置六台HP1003型中速磨，每台磨煤机带一层煤粉喷嘴，其中5台运行，1台备用，煤粉细度R90=23%。
燃烧系统采用强化着火（EI）一次风喷嘴、低NOx燃烧技术。
主风箱设有6层强化着火（EI）煤粉喷燃器；在每只煤粉喷燃器周围布置有燃料风喷嘴；在每相邻两层煤粉喷燃器之间布置有1层辅助风喷嘴，其中包括上下2只预置水平偏角的辅助风喷嘴，1只直吹风喷嘴。
主风箱上部为2层紧凑燃尽风喷嘴（CCOFA），主风箱下部设有1层火下风喷嘴（UFA）。
主风箱上部布置有分离燃尽风（SOFA）燃烧器，用于降低NOx排放，包括5层可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）喷嘴。
锅炉主要设计参数如下：
项目名称
单位
参数值
BMCR
BRL
锅炉蒸发量
t/h
1913
1785
过热蒸汽出口压力
MPa
25.4
25.24
过热蒸汽出口温度
℃
571
571
再热蒸汽流量
t/h
1583.9
1484
再热蒸汽进口压力
MPa
4.39
4.11
再热蒸汽进口温度
℃
312
306
再热蒸汽出口压力
MPa
4.20
3.93
再热蒸汽出口温度
℃
569
569
给水温度
℃
282
278
试验仪器与测量方法
1.1烟气分析测量方法
烟气分析数据采用电厂安装在锅炉尾部的在线检测装置测得的DCS画面数据。
1.2飞灰取样
于除尘器下部灰斗处取样，左右侧各一个取样点。
每个工况取样一遍，灰样带回厂内分析。
1.3大渣取样
锅炉捞渣机顶部取样，每个工况取样一遍，渣样带回厂内分析。
1.4原煤取样
由于现场磨煤机落煤管取样孔无法打开，由电厂化验室提供试验用煤样。
1.5运行数据记录
在试验期间，在每个工况结束前，将运行画面拷贝存盘。
试验内容
本次试验是在广东珠海金湾电厂进行，从试验负荷、锅炉运行情况和试验条件（有NOx和飞灰在线检测）等基本能满足我们的试验要求，但因为电厂3号炉要临时检修停炉，电厂为安全起见，要求我们3天内把4号炉的试验做完，因此留给我们的试验时间较短，只能简化试验工况，并且由于广东地区用电负荷较大，电厂能申请到的低负荷时间较短，故留给450MW和300MW的试验时间很少。
在试验过程中，由于F磨故障无法运行，故上五层磨煤机的运行工况无法进行，结合过去在其它电厂做过类似试验的经验，改变主燃烧区二次风门开度型式对锅炉的NOx排放影响很小，因此试验时将锅炉的二次风门投自动，配风方式基本上是圆柱型配风，其它型式配风不予考虑，试验时主要调整的是SOFA风量、CCOFA风量和炉膛出口氧量。
此次试验于2011年4月12日开始，至4月14日结束。
机组状态和试验工况：
4月12日：
600MW工况：
煤质：
A、B、D磨烧金湾225，C、E磨烧金湾224。
工况1：
电厂平时运行状态
工况2：
改变SOFA风门开度
工况3：
改变SOFA风门开度
工况4：
恢复电厂平时运行状态
4月13日：
600MW工况：
A、B磨烧金湾217，C、D、E磨烧金湾220。
工况5：
电厂平时运行状态
工况6~工况7：
改变SOFA风门开度
工况8~工况9：
改变SOFA风门开度和CCOFA风门开度
工况10~工况12：
变氧量工况
工况13~工况17：
改变SOFA风门开度
工况18~工况20：
变氧量工况
4月13~14日：
450MW工况：
A、B磨烧金湾217，C、D、E磨烧金湾220。
工况21~工况24：
改变SOFA风门开度
工况25~工况28：
变氧量工况试验结果及分析
4月14日：
300MW工况：
A、B磨烧金湾220，C、D、E磨烧金湾217。
工况29~工况30变氧量工况
1.6试验结果
见附表1。
1.7试验结果分析
1.7.1600MW负荷
1）变SOFA风量（4月12日的试验工况）
工况1：
SOFA风量：
285t/h
工况2：
SOFA风量：
323t/h
工况3：
SOFA风量：
398t/h
工况4：
SOFA风量：
292t/h
NOxmg/Nm3O2=6%
图1不同SOFA风量下的NOx排放
COmg/Nm3mmmg/Nm3mg/Nm3
图2不同SOFA风量下的CO排放
从图1、图2和附表1试验数据可知，当总的SOFA风量从原始工况1的285t/h逐步升到工况2的323t/h、工况3的397.5t/h时，CO的排放有较大幅度的下降，这比较正常，但NOx排放量却没有显著改变，这与其它类似试验的经验似乎有些不符，因此为找出原因，试验时将工况4的二次风门和SOFA风门开度恢复到工况1的状态，工况4的其它参数和工况1也几乎一致，此时，NOx排放数值较工况1有较大幅度的上升，也就是说，同样的工况，NOx排放量已有很大的上升，这说明，工况2、工况3的增大SOFA风量还是能降低NOx排放的。
通过查锅炉上煤记录，发现可能有磨煤机的煤质已发生改变，但由于试验时不能通过落煤管取煤，也就是无法取得即时的煤质，因此具体原因也只能大致判断而无煤质数据支持，这是比较遗憾的。
2）变SOFA风门开度（4月13日的试验工况）
工况5：
SOFA风量：
387t/h
工况6：
SOFA风量：
370t/h
工况7：
SOFA风量：
403t/h
工况8：
SOFA风量：
388t/h
工况9：
SOFA风量：
375t/h
NOxmg/Nm3O2=6%
图3变SOFA风门开度
COmg/Nm3mmmg/Nm3mg/Nm3
图4变SOFA风门开度
从图3、4和附表1的SOFA风门开度数据可知，当工况5~9光改变SOFA、和CCOFA风门开度不同的组合时，而总的SOFA风量不增加的话，NOx排放量的变化很小，仅在220~229mg/Nm3之间变化，工况8、9的CO浓度的大量增加是因为增加了CCOFA风门的开度，这实际上减少了炉膛内的氧量和SOFA的风量。
3）变氧量（4月13日的试验工况）
工况10：
O2：
2.47%
工况11：
O2：
3.13%
工况12：
O2：
3.55%
NOxmg/Nm3O2=6%
图5不同氧量下的NOx排放
COmg/Nm3mmmg/Nm3mg/Nm3
图6不同氧量下的CO排放
从图5、6和附表1的数据可知，当氧量从工况10的2.47%逐步升到工况11的3.13%、工况12的3.55%时，NOx排放由204.48mg/Nm3增大到241.03mg/Nm3，CO排放从318ppm降到40ppm。
从NOx生成的机理来，锅炉运行时减少炉膛燃烧区域的氧量是减少NOx排放的最主要手段。
此次试验，在提高氧量时，因为风门开度投自动，所以燃烧器辅助风门和偏置风门的开度都相应增大，而SOFA风门开度基本没变，当二次风量从1303t/h增加到1405t/h及1426t/h时，SOFA风量数值为377t/h、385t/h、388t/h，变化很小，因此，可以说，锅炉运行时增加氧量实际上是增加了炉膛燃烧区域的氧量，因此也就加大了NOx排放。
4）变SOFA风投入层数（4月13日试验工况）
工况12到工况17为变SOFA风投入层数试验工况。
试验过程中，负荷基本不变、氧量不动为3.5%左右，CCOFA风门开度不变、CCOFA1和CCOFA2风门开度均为68%。
工况12：
SOFA风门开度均为50%左右。
SOFA风量：
388t/h
工况13：
SOFA风门开度：
一层SOFA5全开，其余SOFA风门开度不变。
SOFA风量：
398t/h
工况14：
SOFA风门开度：
二层（SOFA4、SOFA5）全开。
SOFA风量：
414t/h
工况15：
SOFA风门开度：
三层（SOFA3、SOFA4、SOFA5）全开。
SOFA风量：
429t/h
工况16：
SOFA风门开度：
四层（SOFA2到SOFA5）全开。
SOFA风量：
442t/h
工况17：
SOFA风门开度：
五层SOFA全开。
SOFA风量：
453t/h
NOxmg/Nm3O2=6%
图7变SOFA风投入层数
COmg/Nm3mmmg/Nm3mg/Nm3
图8变SOFA风投入层数
从图7、8和表1数据可知，随着SOFA风门开度逐渐加大，SOFA总风量也相应增加，NOx的量排放从工况12的241mg/Nm3降到工况17的221mg/Nm3，CO的排放量由40mg/Nm3降至2.5mg/Nm3，因此，可以说，在炉膛出口氧量不变得情况下，加大SOFA风量，实际上也就减少了主燃烧区域的氧量，这样既可以降低NOx的排放，同时也能减少CO数值，由于试验时炉膛出口氧量设定值较大为3.5%，因此NOx的排放值相对还是较大。
5）变氧量（4月13日试验工况）
工况17:
SOFA五层全开，风量：
464t/h氧量为3.6；
工况18:
SOFA五层全开风量：
469t/h氧量为2.63；
工况19:
SOFA五层全开风量：
469t/h氧量为3.19；
工况20:
SOFA五层全开风量：
464t/h氧量为2.87。
NOxmg/Nm3O2=6%
图9不同氧量下的NOx排放
COmg/Nm3mmmg/Nm3mg/Nm3
图10不同氧量下的CO排放
从图9、10和表1数据可知，在SOFA风量不变的情况下，降低氧量，实际上也就减少了主燃烧器区域的氧量，因此，很明显NOx的排放随着氧量的降低而减少，CO随着氧量的降低而增加。
由于SOFA风量不变，随着氧量的降低，主燃烧器的二次风门开度也逐渐关小，由于电厂运行人员为安全起见，不准将二次风门开度低于25%，因此原想将氧量降到2.5%或2.0%左右运行的工况无法进行，只能以后在其它锅炉上进行试验。
1.7.2450MW负荷
1）变SOFA风量（4月13日——4月14日的试验工况）
工况21：
SOFA风门开度：
SOFA1、SOFA2两层为35%左右，SOFA3、SOFA4、SOFA5三层为50%。
SOFA风量：
336t/h，氧量：
4.42%
工况22：
SOFA风门开度：
SOFA5一层全开，其余SOFA风门开度不变。
SOFA风量：
353t/h，氧量：
4.05%
工况23：
SOFA风门开度：
SOFA4、SOFA5两层全开。
SOFA风量：
369t/h，氧量：
4.12%
工况24：
SOFA风门开度：
SOFA3、SOFA4、SOFA5三层全开
SOFA风量：
375t/h，氧量：
4.54%
NOxmg/Nm3O2=6%
图11不同SOFA风量下的NOx排放
COmg/Nm3mmmg/Nm3mg/Nm3
图12不同SOFA风量下的NOx排放
从图11、12和表1数据可知，随着氧量降低，SOFA风门开度的逐渐加大，NOx的排放量从工况21的221mg/Nm3逐渐降到工况23的190mg/Nm3，CO的排放量由工况21的2.5mg/Nm3增加到3.9mg/Nm3。
由以上数据分析可得，NOx的排放随着SOFA风量的增加而降低，其原因是，随着SOFA风总风量增加，在相同的炉膛出口氧量下，也就减少了主燃烧区域的氧量，很明显NOx的排放随着SOFA风量的增加而减少，CO随着氧量的降低而增加。
工况24是由于SOFA风量增加的同时，氧量也有所增大，因此NOx排放比工况23略大。
2）SOFA投运层数和氧量变化（4月13日——4月14日的试验工况）
工况24：
SOFA1、2二层为35%，SOFA3、4、5三层全开。
SOFA风量：
375t/h，氧量4.54%。
工况25：
SOFA风门开度不变
SOFA风量：
376t/h，氧量4.41%。
工况26：
SOFA风门开度不变，
SOFA风量：
377t/h；氧量4.19%。
工况27：
SOFA1、2二层全关，SOFA3、4、5三层全开，
SOFA风量：
318t/h；氧量4.28%。
工况28：
SOFA风门开度不变，
SOFA风量：
312t/h；氧量4.19%。
NOxmg/Nm3O2=6%
图13不同SOFA风量下、氧量下的NOx排放
COmg/Nm3mmmg/Nm3mg/Nm3
图14不同SOFA风量、氧量下的CO排放
从图13、14和表1数据可知，当氧量从4.54%（工况24）降低到4.19%（工况26）时，NOx排放量和CO排放量变化不大。
而工况27、28，SOFA1、2开度由35%到全关，即SOFA风量从376t/h降到318t/h时，NOx排放量马上由192mg/Nm3升高到231mg/Nm3，CO排放量由3.9mg/Nm3降到2.5mg/Nm3；由此可见，在相同SOFA风量下（工况24-26），SOFA风5层全都有开度时，由于负荷关系降低氧量有限，因此NOx排放量和CO变化不大。
而当工况27、28降低SOFA风量时，NOx排放量会大幅上升。
1.7.3 300MW负荷
1）氧量变化（4月14日的试验工况）
工况29：
氧量为4.65％
工况30：
氧量为5.68％
NOxmg/Nm3O2=6%
.图15不同氧量下的NOx排放
COmg/Nm3mmmg/Nm3mg/Nm3
图16不同氧量下的CO排放
从图15、16和表1可知，对于工况29和工况30，锅炉氧量由4.65提高到5.68，NOx排放由244.95mg/m3升高到251.34mg/m3。
结论
6.1随省煤器出口氧量的减少，NOx排放量是同步减少的。
这主要是随着省煤器出口氧量的降低，炉膛主燃烧器区域的燃烧份额减少，该区域的燃烧温度也同步降低，使得热力型NOx减少所致。
因此适当降低省煤器出口氧量，有利于控制降低NOx排放量。
6.2随着SOFA风投入层数的增加，总SOFA风量增加；NOx排放量逐步降低。
当五层SOFA全开、CCOFA风门开度在60%时，锅炉在600MW负荷下NOx排放量最低至187.81mg/Nm3。
6.3在相同氧量相同SOFA风量下，SOFA风5层风门全开（即SOFA风5层全都有开度），比只部分SOFA风风门全开，降低NOx排放量的效果较好。
相对高氧量燃烧、SOFA5层风门全开（即SOFA风5层全都有开度），比低氧量燃烧、只部分SOFA风风门全开，降低NOx排放量的效果较好
6.4锅炉在75%负荷下，NOx排放量可以调整到比满负荷即600MW下的低。
6.5增加SOFA、CCOFA风量比单纯降低氧量对NOx的排放影响更大。
建议
7.1此次试验是在诸多限制条件下进行的，取得的锅炉450MW、300MW负荷下的数据也比较有限，无法进行详细的分析。
因此，如果要取得更多的数据还需要做进一步的工作和试验。
7.2如果公司今后要在NOx排放方面进一步继续工作，就必须与电厂充分合作共同试验，这样才能保证试验顺利进行。
7.3此次试验带回的煤样、灰样、渣样由于得到的分析数据偏差较大，不予采纳。
因此，试验分析只能从降低NOx排放上考虑，而无法从经济上作进一步的分析。
附录
附表1NOx特性试验工况表
工况编号
单位
1
2
3
4
5
6
试验时间
月-日
12日16：
10
12日18：
30
12日19：
50
12日20：
40
13日9：
00
13日10：
00
省煤气出口氧量
%
3.045
2.8625
2.97
3.0775
2.7775
2.36
电负荷
MW
602
605
603
603
605
607
锅炉蒸发量
t/h
1796.6
一次风量
t/h
490.45
469.95
469.6
475.55
466.05
456.8
二次风量
t/h
1365.55
1388.05
1371.4
1358.45
1358.95
1333.2
SOFA风量
t/h
285
322.97
397.51
291.99
387.06
369.5
总风量
t/h
1856
1858
1841
1834
1825
1790
总燃料量
t/h
231.7
226.5
224.1
223.3
221.3
222.3
磨煤机组合
\
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
燃烧器摆角
°
16.68
20.84
20.84
19.1
11.9
8.85
SOFA上下摆角
°
9.36
11.18
11.19
10.22
7.61
6.01
SOFA-ⅴ开度
%
13.22
0.41
99.45
14.37
54.14
100
SOFA-Ⅳ开度
%
18.23
0.5
97.5
19.49
59.76
100
SOFA-Ⅲ开度
%
33.56
100
100
34.69
44.28
43.78
SOFA-Ⅱ开度
%
44.29
99.76
99.69
44.43
54.06
52.61
SOFA-Ⅰ开度
%
50.93
99.55
0.51
50.17
50.72
0
CCOFA-Ⅱ开度
%
67.92
67.92
67.92
67.92
67.08
65.2
CCOFA-Ⅰ开度
%
67.48
67.66
67.66
67.66
67.9
66.2
FⅠ/Ⅱ风门开度
%
13.84
13.84
13.84
13.84
13.84
0
F燃料风开度
%
0.55
0.55
0.55
0.55
0.55
13.81
EF辅助风开度
%
44.88
41.84
29.68
43.24
32.52
30.21
EⅠ/Ⅱ风门开度
%
47.84
47.84
47.83
47.84
44.08
31.25
E燃料风开度
%
44.86
41.12
28.61
43.5
32.69
44.02
DE辅助风开度
%
44.62
40.89
28.95
43.42
33.14
30.51
DⅠ/Ⅱ风门开度
%
47.43
47.44
47.43
47.45
43.58
30.71
D燃料风开度
%
44.96
40.92
28.98
43.1
32.7
44.68
CD辅助风开度
%
44.38
40.88
28.62
42.82
32.43
31.1
CⅠ/Ⅱ风门开度
%
47.53
47.53
46.12
46.12
43.2
30.28
C燃料风开度
%
45.22
40.95
28.9
43.16
33.04
43.24
BC辅助风开度
%
44.51
41.9
29.77
44.23
32.19
31.1
BⅠ/Ⅱ风门开度
%
46.98
46.98
46.98
46.98
44.06
30.17
B燃料风开度
%
44.35
40.56
28.42
43.49
32.9
44.06
AB辅助风开度
%
44.31
41.23
29.31
43.93
32.31
30.36
AⅠ/Ⅱ风门开度
%
41.22
41.22
39.7
39.7
45.16
31.62
A燃料风开度
%
46.15
42.16
30.5
44.25
34.82
45.16
AA辅助风开度
%
66.21
66.21
66.21
66.21
68.21
68.21
CO排放量
mg/Nm3
35.97
2.579
1.211
22.57
40
2.578
NOx排放（CRT）
mg/Nm3
254.7
269
248.8
296.8
268.1
255.8
NOx排放
（修正到O2=6%）
mg/Nm3
212.78
222.47
206.99
248.4
220.69
221.8
续附表1NOx特性试验工况表
工况编号
单位
7
8
9
10
11
12
试验时间
月-日
13日10：
20
13日11：
25
13日12：
10
13日12：
40
13日13：
20
13日14：
00
省煤气出口氧量
%
2.61
2.54
2.35
2.47
3.13
3.55
电负荷
MW
605
599
601
607
604
604
锅炉蒸发量
t/h
1782.1
1774
1778.4
1782.5
1777.1
1787.6
一次风量
t/h
456.4
462.7
460.4
467.4
456
464.25
二次风量
t/h
1310.6
1293.3
1309.6
1303.6
1406
1425.75
SOFA风量
t/h
403.4
387.89
375.26
377.2
384.82
388.1
总风量
t/h
1767
1756
1770
1771
1862
1890
总燃料量
t/h
224.7
224.1
226.2
225.9
226.7
226.6
磨煤机组合
\
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
ABCDE
燃烧
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