纯燃高碱煤循环流化床锅炉宽负荷低NO x 燃烧改造试验研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.25027

发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 1005-1013.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.25027

• 发电及环境保护 •

纯燃高碱煤循环流化床锅炉宽负荷低NO _x 燃烧改造试验研究

王洪健¹, 黄延凯², 喻鑫², 于敦喜²

^1.新疆东方希望有色金属有限公司，新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州 831700
^2.煤燃烧国家重点实验室(华中科技大学)，湖北省武汉市 430074

收稿日期:2025-01-09 修回日期:2025-03-10 出版日期:2025-10-31 发布日期:2025-10-23
作者简介:王洪健(1978)，男，工程师，研究方向为新疆高碱煤燃烧发电及循环流化床锅炉发电管理，379694550@qq.com；
黄延凯(1997)，男，博士研究生，研究方向为低阶燃料的燃烧特性及其污染物的排放控制，laiwuhyk@163.com；
喻鑫(1990)，男，博士，助理研究员，研究方向为固体燃料清洁高效利用，xinyu@hust.edu.cn；
于敦喜(1975)，男，博士，教授，研究方向为煤/生物质等含碳能源、氢/氨等富氢能源的清洁高效利用理论与技术，本文通信作者，yudunxi@hust.edu.cn。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2023YFB4102703)

Experimental Study on Wide-Load Low-NO _x Combustion Retrofit for Circulating Fluidized Bed Boiler Burning High-Alkali Coal

Hongjian WANG¹, Yankai HUANG², Xin YU², Dunxi YU²

^1.Xinjiang East Hope Nonferrous Metals Co. , Ltd. , Changji Hui Autonomous Prefecture 831700, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
^2.State Key Laboratory of Coal Combustion (Huazhong University of Science and Technology), Wuhan 430074, Hubei Province, China

Received:2025-01-09 Revised:2025-03-10 Published:2025-10-31 Online:2025-10-23
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2023YFB4102703)

摘要/Abstract

摘要：

目的新疆地区某440 t/h纯燃高碱煤循环流化床(circulating fluidized bed，CFB)锅炉在运行过程中发现其NO _x 排放不达标，为此，开展了针对该锅炉的低NO _x 燃烧改造试验研究。方法通过改造锅炉部件和调整运行参数来降低NO _x 排放：为提高分离器效率进而降低锅炉平均床温，在水冷壁上适当扩展受热面和提高分离器的入口速度；为优化二次风，对二次风口高度进行了调整；为创造还原性气氛，增加了烟气再循环系统。结果通过综合改造措施，显著降低了锅炉平均床温和炉膛烟温，有效降低了烟气中O₂含量，创造了更有利于抑制NO _x 生成的均匀温度场和还原性气氛，最终降低了NO _x 的生成和排放。结论改造后，在宽负荷条件下，即使不使用选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction，SNCR)技术，也实现了NO _x 的超低排放(低于40 mg/m³)。此次改造实践对于现役CFB锅炉低NO _x 燃烧控制具有积极影响和借鉴意义。

关键词: 纯燃高碱煤, 循环流化床(CFB)锅炉, 锅炉改造, 低NO _x 燃烧, 超低排放, 宽负荷, 还原性气氛

Abstract:

Objectives During the operation of a 440 t/h circulating fluidized bed (CFB) boiler burning high-alkali coal in Xinjiang, China, it is found that its NO _x emissions do not meet the standard. Consequently, an experimental study for low-NO _x combustion retrofit is conducted on this boiler. Methods NO _x emissions are reduced through boiler component modifications and operational parameter adjustments. To enhance separator efficiency and thereby lower the average bed temperature of the boiler, the heating surface of the water-cooled wall is appropriately extended, and the inlet velocity of the separator is increased. The secondary air is optimized by adjusting the height of the secondary air nozzles. To create a reducing atmosphere, a flue gas recirculation system is added. Results Through comprehensive transformation measures, the average bed temperature and furnace flue gas temperature of the boiler are significantly reduced, and the O₂ content in the flue gas is effectively decreased. A more uniform temperature field and a reducing atmosphere are created, both of which are conducive to suppressing NO _x formation, thereby reducing NO _x generation and emissions. Conclusions Following the retrofit, ultra-low NO _x emissions (below 40 mg/m³) are achieved under wide-load conditions even without employing selective non-catalytic reduction (SNCR). This retrofit practice holds positive implications and reference value for low-NO _x combustion control in existing CFB boilers.

Key words: pure burning of high-alkali coal, circulating fluidized bed (CFB) boiler, boiler retrofit, low-NO _x combustion, ultra-low emissions, wide load, reducing atmosphere

中图分类号:

TK 22

王洪健, 黄延凯, 喻鑫, 于敦喜. 纯燃高碱煤循环流化床锅炉宽负荷低NO _x 燃烧改造试验研究[J]. 发电技术, 2025, 46(5): 1005-1013.

Hongjian WANG, Yankai HUANG, Xin YU, Dunxi YU. Experimental Study on Wide-Load Low-NO _x Combustion Retrofit for Circulating Fluidized Bed Boiler Burning High-Alkali Coal[J]. Power Generation Technology, 2025, 46(5): 1005-1013.

图/表 8

表1 煤质参数及煤灰特性

Tab. 1 Coal quality parameters and ash characteristics

项目	参数	数值
元素分析	收到基碳质量分数C_ar/%	48.43
	收到基氢质量分数H_ar/%	3.30
	收到基氧质量分数O_ar/%	9.70
	收到基氮质量分数N_ar/%	0.31
	收到基全硫质量分数S_t，ar/%	0.47
工业分析	收到基灰分质量分数A_ar/%	17.63
	全水分质量分数M_ar/%	24.60
	干燥无灰基挥发分质量分数V_daf/%	32.45
发热量	收到基低位发热量Q_net，ar/(kJ/kg)	15 178.92
灰熔点	灰变形温度/℃	1 150
	灰软化温度/℃	1 159
	灰流动温度/℃	1 172
灰成分分析	w(SiO₂)/%	44.80
	w(Al₂O₃)/%	8.20
	w(Fe₂O₃)/%	5.60
	w(CaO)/%	9.80
	w(MgO)/%	3.80
	w(Na₂O)/%	2.97
	w(K₂O)/%	1.40
	w(TiO₂)/%	0.10

图1 CFB锅炉宽负荷低NO x 燃烧改造总体方案

Fig. 1 Comprehensive plan for wide-load low-NO x combustion retrofit of CFB boilers

图2 分离器入口烟道优化缩口方案

Fig. 2 Optimization plan for constriction of flue duct at separator inlet

图3 烟气再循环系统方案

Fig. 3 Flue gas recirculation system plan

表2 改造关键参数

Tab. 2 Key parameters for retrofit

参数	数值
水冷屏增加面积/m²	235
屏式过热器增加面积/m²	112
分离器缩口减小宽度/mm	204
上二次风口增加标高/mm	2 000
下二次风口增加标高/mm	1 000

图4 100% BMCR下改造前、后关键温度对比

Fig. 4 Comparison of key temperatures before and after retrofit at 100% BMCR

图5 改造前排放的NO x 与烟气中O2含量的关系

Fig. 5 Relationship between NO x emissions and O2 content in flue gas before retrofit

图6 退出SNCR后不同运行负荷下NO x 的排放浓度与烟气中O2含量

Fig. 6 NO x emissions and O2 content in flue gas under different operating loads after SNCR shutdown

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纯燃高碱煤循环流化床锅炉宽负荷低NO _x 燃烧改造试验研究

Experimental Study on Wide-Load Low-NO _x Combustion Retrofit for Circulating Fluidized Bed Boiler Burning High-Alkali Coal

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