循環(huán)流化床鍋爐脫銷工藝方案的對(duì)比

劉勇 司杰

摘 要：針對(duì)山東八一煤電化有限公司熱電廠循環(huán)流化床鍋爐現(xiàn)脫銷系統(tǒng)工藝的現(xiàn)狀，了解現(xiàn)有低氮燃燒技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)NOx排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的低氮燃燒+SNCR脫硝與SNCR+SCR組合脫硝兩種工藝進(jìn)行對(duì)比，以實(shí)現(xiàn)脫銷工藝方案的選擇。從而實(shí)現(xiàn)NOx排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)不超過(guò)50 mg/Nm3。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐 氮氧化物 低氮燃燒 超低排放

中圖分類號(hào)：TK299 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0057-02

熱電廠現(xiàn)2#、3#130 t/h循環(huán)流化床鍋爐脫銷系統(tǒng)采用選擇性非催化還原法SNCR方式，NOx排放（停SNCR）在300～350 mg/Nm3，SNCR后NOx排放≤100 mg/Nm3。隨著國(guó)家環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，火力發(fā)電廠污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)有可能即將頒布，排放標(biāo)準(zhǔn)不超過(guò)50 mg/Nm3，循環(huán)流化床脫銷系統(tǒng)改造即將進(jìn)行，在現(xiàn)有SNCR基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。

目前，電廠所采用的煙氣脫硝有很多種，目前常用且成熟的為低氮燃燒改造、SNCR脫硝改造、SCR脫硝改造，但是單獨(dú)依靠一種脫硝改造手段已無(wú)法滿足現(xiàn)在的環(huán)保要求，所以一般采用其中兩種脫硝方式結(jié)合進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，目前實(shí)現(xiàn)NOx排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的有低氮燃燒+SNCR脫硝與SNCR+SCR組合脫硝兩種工藝，SCR脫硝工藝就是增加SCR反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)降低NOx目的，而低氮燃燒改造則通過(guò)對(duì)CFB鍋爐低氮燃燒技術(shù)原理的了解才能對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比。

CFB鍋爐低氮燃燒技術(shù)用改變?nèi)紵龡l件來(lái)降低NOx排放的方法稱為低NOx燃燒技術(shù)。在各種降低NOx排放的技術(shù)中，低NOx燃燒技術(shù)是采用最廣、相對(duì)簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的方法。目前CFB鍋爐低NOx燃燒技術(shù)主要采用如下技術(shù)。

（1）密相區(qū)低過(guò)量空氣系數(shù)燃燒。通過(guò)控制密相區(qū)的供氧量，使煤顆粒的初始燃燒過(guò)程盡可能在低理論空氣量的條件下進(jìn)行。隨著煙氣中過(guò)量氧的減少，可以抑制NOx的生成。這是一種最簡(jiǎn)單的降低NOx排放的方法。但如爐內(nèi)氧濃度過(guò)低，會(huì)造成濃度急劇增加，增加化學(xué)不完全燃燒熱損失，引起飛灰含碳量增加，燃燒效率下降。因此在鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，應(yīng)選取最合理的過(guò)量空氣系數(shù)。

（2）空氣分級(jí)燃燒。空氣分級(jí)燃燒的基本原理是將燃料的燃燒過(guò)程分階段完成。在第一階段，將從密相區(qū)供入爐膛的空氣量減少到總?cè)紵諝饬康?0%～50%，使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。此時(shí)第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)α<1，因而降低了燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒速度和溫度水平。因此，不但延遲了燃燒過(guò)程，而且在還原性氣氛中降低了生成NOx的反應(yīng)率，抑制了NOx在這一燃燒中的生成量。為了完成全部燃燒過(guò)程，完全燃燒所需的其余空氣則通過(guò)布置在密相區(qū)上方的二次風(fēng)噴口送入爐膛，與第一級(jí)燃燒區(qū)在“貧氧燃燒”條件下所產(chǎn)生的煙氣混合，在α>1的條件下完成全部燃燒過(guò)程。由于整個(gè)燃燒過(guò)程所需空氣是分兩級(jí)供入爐內(nèi)，故稱為空氣分級(jí)燃燒法。

（3）煙氣再循環(huán)。煙氣再循環(huán)是抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t內(nèi)，或與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，這樣不但可降低燃燒溫度，而且也降低了氧氣濃度，進(jìn)而降低了NOx的排放濃度。

低氮燃燒技術(shù)的關(guān)鍵，在于實(shí)現(xiàn)理想的床溫、最小的爐內(nèi)煙溫偏差和合理低氧之間的平衡。對(duì)于CFB鍋爐爐內(nèi)循環(huán)物料和密相區(qū)來(lái)說(shuō)，設(shè)法獲得有效的一次風(fēng)率降低或者密相區(qū)初始氧量減少，達(dá)到充分分級(jí)燃燒的效果，是保證在實(shí)現(xiàn)高效燃燒的前提下，最終實(shí)現(xiàn)低氧低氮燃燒。

要實(shí)現(xiàn)低氮改造，結(jié)合該電廠實(shí)際，改造涉及以下部分。

（1）二次風(fēng)系統(tǒng)改造。

鍋爐設(shè)計(jì)二次風(fēng)的比例不高，鍋爐設(shè)計(jì)一、二次風(fēng)比例為60∶40，鍋爐原設(shè)計(jì)在前后墻布置一層二次風(fēng)，二次風(fēng)的標(biāo)高為8 200 mm，二次風(fēng)距離布風(fēng)板的標(biāo)高為2 400 mm，標(biāo)高較低，且二次風(fēng)處在高物料濃度的密相區(qū)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)二次風(fēng)的穿透能力及噴口布置等均未充分協(xié)調(diào)。改造擬在不降低一次風(fēng)量、保證床料正常流化的基礎(chǔ)上，降低一次風(fēng)中的氧量份額、間接增加二次風(fēng)總量，由于底部一次風(fēng)的減少，抑制密相區(qū)的燃燒強(qiáng)度，增大密相區(qū)還原氣氛的停留空間，抑制NOx的生成。還原性氣體及煤顆粒在密相區(qū)域的停留時(shí)間增加，延長(zhǎng)了揮發(fā)分析和在還原性氣氛下的停留時(shí)間。改造后將會(huì)提高鍋爐的分級(jí)燃燒效果，大幅提高二次風(fēng)穿透性，解決爐膛中心區(qū)嚴(yán)重缺氧問(wèn)題，提高燃料燃盡效果，使得鍋爐爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)更加均勻，提高了火焰的充滿度。

（2）一次風(fēng)風(fēng)帽校核。

改造需對(duì)布風(fēng)板風(fēng)量進(jìn)行詳盡地計(jì)算，優(yōu)化現(xiàn)有的一次風(fēng)濃相區(qū)現(xiàn)有配風(fēng)均勻性，以提高床溫的均勻性，減少局部的高溫區(qū)，優(yōu)化煙氣流場(chǎng)，在不降低鍋爐整體流化特性的基礎(chǔ)上降低NOx的生成，保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。

（3）旋風(fēng)分離器修整。

分離器入口飛灰份額和細(xì)度的不同，對(duì)分離器的效率有較大的影響。CFB鍋爐低氮改造后風(fēng)量的改變、過(guò)量空氣系數(shù)的改變以及鍋爐溫度場(chǎng)、煤質(zhì)的改變也直接導(dǎo)致了旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙氣量的改變，改變了旋風(fēng)分離器的入口風(fēng)速，進(jìn)而影響分離器的分離效率。風(fēng)速的改變將影響爐膛出口煙溫，并對(duì)尾部受熱面的吸熱產(chǎn)生影響。分離效率的改變對(duì)整個(gè)鍋爐的物料循環(huán)有比較大的影響，將直接影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)性及燃燒穩(wěn)定性。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒、傳熱都離不開(kāi)大量循環(huán)灰的參與，根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)，分離器入口流速越低，分離效果越低，適當(dāng)增大入口流速及改變?nèi)肟谛螤睿捎行岣叻蛛x效率，增加循環(huán)灰量，有利于降低床溫、提高爐膛出口溫度。同時(shí)改造需要對(duì)中心筒進(jìn)行相應(yīng)的校核。

（4）增加煙氣再循環(huán)系統(tǒng)。

可在鍋爐一次風(fēng)機(jī)入口處增設(shè)煙氣再循環(huán)系統(tǒng)。主要作用是利用鍋爐煙氣含氧量較低的特點(diǎn)，通過(guò)煙氣引入一次風(fēng)機(jī)入口，進(jìn)入一次風(fēng)室，在保證流化效率的前提下，降低一次風(fēng)及密相區(qū)氧量和床溫，間接提高二次風(fēng)率，來(lái)補(bǔ)充被代替的一次風(fēng)氧量?？稍诰S持適當(dāng)鍋爐整體運(yùn)行氧量的水平上大幅降低NOx排放。通過(guò)調(diào)整再循環(huán)風(fēng)量，可保證鍋爐各負(fù)荷下密相區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)均在最佳過(guò)量空氣系數(shù)下運(yùn)行，保證各負(fù)荷下鍋爐NOx排放均控制在較低水平。

另外通過(guò)調(diào)整再循環(huán)風(fēng)量可靈活調(diào)整流化床床溫，保證鍋爐在各負(fù)荷下床溫均在氮氧化物抑制的溫度窗口內(nèi)，從而保證各負(fù)荷下均實(shí)現(xiàn)低氮燃燒。

通過(guò)以上分析對(duì)于兩種工藝的優(yōu)略對(duì)比見(jiàn)表1。

通過(guò)以上方案的對(duì)比將為下一步鍋爐脫銷方案的選擇提供參考，希望電廠能夠綜合考慮選擇切合實(shí)際的最佳脫硝方案。

參考文獻(xiàn)

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