鍋爐低氮燃燒+SCR經濟性運行分析

李躍軍

(唐山三友化工股份有限公司 安全管理部，河北唐山 063305)

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鍋爐低氮燃燒+SCR經濟性運行分析

李躍軍

(唐山三友化工股份有限公司 安全管理部，河北唐山 063305)

熱電公司對5號鍋爐采用低氮燃燒器與SCR聯合脫硝方式改造后，燃燒器降低了NOx的總生成量的30%～46%，SCR二次脫硝使鍋爐氮氧化物排放量低于50 mg/Nm3。聯合脫硝方式大大降低了SCR的運行費用，對其它同類鍋爐脫硝工程具有一定的參考價值。

鍋爐；低氮燃燒器；SCR；經濟性；分析

熱電公司5號鍋爐自投運以來，滿負荷時NOx排放值高達650 mg/Nm3，由于國家對環保要求越來越嚴，國家最新環保標準《燃煤電廠大氣污染物排放標準》即將頒布，按新標準要求，燃煤電廠的NOx排放濃度不超過50 mg/Nm3(折算到O2=6%)。自2016年1月1日起，新建燃煤發電鍋爐的NOx排放濃度限值按新標準執行；自2015年10月1日起，現有燃煤發電鍋爐的NOx排放濃度限值按新標準執行。 如果執行最新超低排放限值，就需要對鍋爐進行相應的改造，以滿足鍋爐出口的NOx排放值達到不超過50 mg/Nm3(折算到O2=6%)的要求。對于NOx排放值超過600 mg/Nm3以上的機組，多采用“低氮燃燒改造+SCR”相結合的方法。SCR脫硝在降低煙氣NOx含量的同時，高昂的脫硝運行費用使發電企業不堪重負。于是，如何減少鍋爐爐膛內NOx生成量，從而降低SCR脫硝運行成本成為研究的新課題。低氮燃燒器能大大降低爐內NOx的生成，燃燒器改造逐漸成為火力發電企業降低煙氣NOx含量的重點改造之一。在今后火力發電機組的脫硝改造中，“先降后脫”的聯合脫硝方式必然是大勢所趨。

1 改造前設備參數

公司5號鍋爐為濟南鍋爐股份有限公司設計、制造的高溫高壓單鍋筒自然循環煤粉爐，鍋爐型號為YG-480/9.8-M。燃燒器為濟鍋生產設計的正四角布置的直流式燃燒器,采用百葉窗濃度分離器，燃燒器主要參數如表1。

表1 燃燒器主要參數

燃燒器采用均勻配風方式，燃燒器噴口位置布置自上而下為：3-3-2-1-2-1-2-1-2-1-2。中、下二次風噴嘴中裝有點火裝置，每只油槍正常點火時為1 250 kg/h，單只天然氣燃燒器流量為1 271 Nm3/h。

表2 送風機參數

表3 磨煤機參數

2 改造方案介紹

在鍋爐負荷大于80%的BMCR時，進行煤粉燃燒器和燃燼風燃燒器以及燃燒器區域氣氛的調整。

2.1 煤粉燃燒器的調整

1)確定燃燼風燃燒器噴口設定在初始位置，其冷卻風流量在設定值(擋板開度5%)。

2)確定煤粉燃燒器一次風速在正常運行值。

3)在上述基準的基礎上進行煤粉燃燒器的調整，在保持爐膛出口氧量不變的情況下，保持總風量和一次風量不變，二次風和一次風的分配比例，觀察燃燒器區域燃燒情況，確定燃燒器二次風的不同配風方式對燃燒的影響。

4)保持總風量和一次風量不變，調整各層燃燒器二次風的不同分配比例，改變爐膛火焰中心位置，觀察各層燃燒器二次風的不同分配方式對爐膛溫度場、蒸汽參數和煙氣參數的影響，確定合理的二次風配風方式。二次風的絕大部分是通過輔助風噴口進入爐膛，它的大小則根據總風壓來調節。

2.2 燃燼風燃燒器噴口的調整

達到試驗負荷時，保持鍋爐運行氧量穩定，對鍋爐燃燼風燃燒器進行調整，以掌握燃燼風量變化對機組NOx排量與鍋爐熱效率的影響。

2.3 爐膛出口煙溫偏差調整

上部燃燼風燃燒器擋板開度是根據鍋爐負荷來切投，鍋爐負荷為50%～75% MCR時由下往上開2層燃燼風燃燒器擋板(第1層、第2層)；75%～100% MCR時再開最上3層燃燼風燃燒器擋板(第3層)。

燃燼風燃燒器上下擺動可以調節爐膛出口煙溫，調整范圍±30°。燃燼風燃燒器水平擺動調節爐膛出口煙溫偏差。現在就地設定位置都在0°，如果運行中爐膛出口煙溫偏差大，根據燃燼風燃燒器噴口向上向下調整指針來改變燃燼風燃燒器噴口角度，左右水平調整采用就地手動，調整范圍為±10°。

通過燃燼風燃燒器水平擺動消弱爐內氣流的旋轉強度，減少爐膛出口處的氣流殘余旋轉，使受熱面左、右煙道兩側的煙氣速度偏差和煙氣溫度偏差現象大為減少，降低鍋爐主、再熱汽溫偏差。

2.4 降低鍋爐NOx的調整

改造后的低氮燃燒器根據NOx的生成機理，采用“燃料分級+風分級”技術，利用垂直煤粉濃淡分離技術將同一股煤粉氣流分離成上下布置的濃相和淡相兩股射流，同時采用燃燒器頂部大間距布置頂部燃燼風。同時增加3層，頂部風量增加到30%，通過采用分級技術，從而實現降低NOx生成及排放的目的。

試驗鍋爐負荷達到460 t/h左右時，緩慢調整二次風門，觀察爐內燃燒情況。逐漸降低爐膛出口氧量，達到2.5%左右時穩定。同時增加開啟燃燼風風量，穩定爐膛出口氧量，達到降低NOx目的。

2.5 試驗結果

1)二次風采用正寶塔配風，各角二次風分風門對應開度從上到下為60%、70%、80%、100%。單臺制粉系統運行時，開啟停制粉系統對應兩個角的上上二次風門至100%。

2)二次風各角風門開度根據各角風壓的實際情況調整，原則是各角二次總風壓一致，風壓在0.4～0.5 kPa，保證爐膛火焰中心及爐內火焰充滿度。

3)燃燼風的配風，上排全開、中下排全關，燃燼風各擺角調至55%，根據制粉系統的投入情況，用燃燼風角風門調整氧量均衡。

4)爐膛負壓保持在-30～-10 Pa。

5)氧量控制在2.5%～3.0%之間。

6)負荷在450 t/h以上時，送風機出口風壓在4.3 kPa左右。

7)周界風開度在50%～60%。

8)NOx測量數據，見表4。

表4 NOx測量數據

3 改造前后的運行效果對比分析

引用鍋爐省煤器出口處NOx數值，改造前后NOx 折算濃度如下(標態、O2含量6%)：改造前SCR入口NOx濃度650 mg/Nm3，改造后SCR入口NOx濃度390 mg/Nm3。

T=A×B×t×γ=(650-390)mg/Nm3×600 000 Nm3/h ×7 200 h×0.374/106=420.08 t

式中：T為每年需要液氨用量;

A為SCR入口低氮燃燒前后NOx濃度差;

B為BMCR工況下的煙氣量;

t為每年運行時間;

γ為減少NOx所消耗液氨的比例。

經計算得出單臺爐每年低氮燃燒器改造脫除NOx需要消耗液氨量約為420.08 t，液氨價格按2 550元/t計算。

S=420.08 t×2 550元/t=107.12×104元

低氮燃燒器改造后每年液氨投入的費用將節省107.12萬元，改造后每年僅僅液氨一項就減少投入費用省107.12萬元，液氨投入量降低的同時，氨逃逸量也大大降低，控制氨逃逸量，就等于切斷了硫酸氫銨生成的源頭，沒有了硫酸氫銨的沉積，空預器堵塞的可能性將大大降低，節省停爐檢修費用10萬元/年。排污費最新核定方法規定，污染物排放濃度低于排放標準一半以下的，排污費可以減半征收，全年節省排污費36.72萬元/年。因此低氮燃燒器改造后所有節省費用共計153.84萬元。

從改造后實驗數據中可以看出，5號鍋爐完成低氮燃燒器改造后，NOx的排放量由原來的650 mg/Nm3左右降低了60%～70%，脫硝運行的整體性能有所改善。

4 結 語

通過采用低氮燃燒器與SCR聯合脫硝方式，降低了脫硝的運行費用，燃燒器改造后大大降低了NOx的生成量，減少了SCR運行成本，不但改善了本地區的空氣質量，還節約了排污費用、檢修費用，實現了經濟效益和環境效益的雙豐收，同時為公司節能減排目標的實現做出積極地貢獻。

[1] 田耀鵬，嵇鷹.低NOx燃燒和排放控制技術的研究進展[J].電力環境保護，2009(1)

[2] 錢琛林.空氣分級低NOx燃燒技術的研究與應用[J].上海電力，2010(1)

[3] 河北省質量技術監督局，河北省環保廳.DB 13/2209—2015燃煤電廠大氣污染物排放標準[S].2015

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1005-8370(2016)04-42-04

2016-06-12

李躍軍(1982—)，唐山三友化工股份有限公司熱電分公司安全管理部副主任工程師。