煙氣脫硝系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用

常波

摘要：當(dāng)前環(huán)保政策日益嚴(yán)格，已完成脫硝系統(tǒng)改造投運(yùn)運(yùn)行機(jī)組，以某電廠機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)為例，通過測試一系列實(shí)驗(yàn)參數(shù)，掌握該機(jī)組脫硝裝置主要性能，并結(jié)合開展的超低排放改造工程關(guān)鍵參數(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析與探討，提出相應(yīng)的意見與解決措施。

關(guān)鍵詞：火電廠煙氣脫硝SNCR超低排放

1、目的

陜西黃陵電廠二期2×240t/h循環(huán)流化床鍋爐，機(jī)組滿負(fù)荷氮氧化物排放濃度分別約450mg/Nm3，結(jié)合現(xiàn)有SNCR脫硝系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)200 mg/Nm3以下，隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，面臨著實(shí)現(xiàn)NOx超低排放的壓力，對鍋爐NOx超低排放進(jìn)行的改造，降低原始NOx生成量和尿素用量，實(shí)現(xiàn)煙氣氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。

2、設(shè)備簡介

東方工業(yè)鍋爐集團(tuán)循環(huán)流化床鍋爐主要由燃燒系統(tǒng)、氣固分離循環(huán)系統(tǒng)、對流煙道三部分組成。其中燃燒系統(tǒng)包括風(fēng)室、布風(fēng)板、燃燒室、爐膛、給煤系統(tǒng)等幾部分;氣固分離循環(huán)系統(tǒng)包括物料分離裝置和返料裝置兩部分;對流煙道包括過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等幾部分。

3、鍋爐存在問題

經(jīng)過前期技術(shù)交流和收資，鍋爐NOx排放值約為450mg/Nm3（初始排放濃度），分析鍋爐設(shè)計(jì)與運(yùn)行現(xiàn)狀，主要就高效、低氮燃燒存在的問題分析如下：

爐膛中心區(qū)缺氧氮氧化物排放高

CFB鍋爐存在著爐膛中心區(qū)缺氧的問題。除了高密度物料顆粒群和大高寬比的矩形爐膛結(jié)構(gòu)以及沿水冷壁的貼壁顆粒相流動阻礙了二次風(fēng)射流的穿透，此外，每個層面顆粒水平移動不夠均勻、各轉(zhuǎn)彎變化區(qū)域渦流干擾和垂直上移速度不均勻也影響了二次風(fēng)的穿透補(bǔ)氧能力。這種中心區(qū)缺氧會降低燃料燃盡效果和脫硫劑化學(xué)反應(yīng)的效率，直接導(dǎo)致爐內(nèi)低NOx的優(yōu)化過程受到限制，不能有效實(shí)現(xiàn)低溫燃燒時的高效低氮。

黃陵電廠流化床鍋爐爐膛中心氧量少，處于嚴(yán)重的還原性氣氛，而爐膛四周氧量嚴(yán)重富余，處于氧化性氣氛中，中心和四周不合理的氧量造成尾部氧量偏高，無法實(shí)現(xiàn)沿爐膛高度方向上的空氣分級低氮燃燒，氮氧化物排放量增加。

床溫異常

流化態(tài)燃燒相對于其他煤粉燃燒方式燃燒工況更加復(fù)雜，給料系統(tǒng)和返料系統(tǒng)送入爐內(nèi)物料集中度偏高、料層粒徑偏差大、物料流化程度不均和一、二次風(fēng)風(fēng)率設(shè)置不合理，直接導(dǎo)致鍋爐床溫的偏差。論上講，860～875℃的床溫是CFB最佳低氮脫硝溫度，床溫太高時，容易產(chǎn)生超量的NOx排放和料層高溫結(jié)焦;而床溫過低時，又會造成N2O的大量生成，出現(xiàn)二次污染問題和燃盡率顯著降低的問題，本廠鍋爐存在床溫嚴(yán)重偏低的狀況。

二次風(fēng)配風(fēng)方式不當(dāng)

流化態(tài)燃燒過程中，二次風(fēng)的合理布置對于爐內(nèi)低氮燃燒過程意義重大。CFB低氮燃燒過程中，隨著上二次風(fēng)率的增加，NOx排放濃度呈現(xiàn)先明顯下降再逐漸減小至平緩最后略微上升的變化趨勢，近似于開口向上的拋物線。因此，設(shè)法降低一次風(fēng)率、提高二次風(fēng)率，實(shí)現(xiàn)空氣深度分級，既可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化氧化區(qū)燃盡和還原區(qū)低氧分段低NOx燃燒效果，也能在抑制溫度的同時提高爐內(nèi)溫度的均勻性，實(shí)現(xiàn)低氮與高效燃燒的過程統(tǒng)一。除了二次風(fēng)率之外還需要考慮分級配風(fēng)均勻性，在二次風(fēng)布局與參數(shù)選擇需要充分照顧到爐內(nèi)空氣動力場的均衡，力求實(shí)現(xiàn)橫向膛燃燒過程中風(fēng)煤比的均勻性，避免運(yùn)行中發(fā)生結(jié)焦、高溫腐蝕、高熱流密度偏差、蒸發(fā)量異常等不正常現(xiàn)象甚至故障。

4、鍋爐NOx超低排放改造概述

總體改造方案

為響應(yīng)本地區(qū)煙氣排放限值的要求，黃陵電廠前期兩臺鍋爐已增加SNCR煙氣脫硝改造，具體方案是在鍋爐旋風(fēng)分離器入口均勻布置8只固定式噴槍，還原劑采用40%的尿素經(jīng)稀釋水稀釋后噴入爐內(nèi)對NOx進(jìn)行還原處理。

本次改造確保鍋爐煙氣NOx排放濃度達(dá)到超低排放限值，即NOx排放濃度：≤50mg/Nm3的要求。

由于超低排放能力取決于多個方面，包括溫度、氧量、灰量等等。結(jié)合鍋爐現(xiàn)狀，針對兩方面對鍋爐NOX排放進(jìn)行深度治理。

低氮燃燒改造：結(jié)合循壞流化床鍋爐在低氮燃燒方面的優(yōu)勢，實(shí)施鍋爐低氮燃燒改造，低氮燃燒改造內(nèi)容包括為增設(shè)煙氣再循環(huán)系統(tǒng)、二次風(fēng)口尺寸、高度的校核計(jì)算及調(diào)整等。

SNCR優(yōu)化改造：按照初始排放濃度450mg/Nm3計(jì)算，通過低氮燃燒系統(tǒng)改造，可將排放濃度降低至200mg/Nm3以內(nèi)，由于要求排放濃度達(dá)到超低，即≤50mg/Nm3，這就要求SNCR系統(tǒng)的效率要達(dá)到69%以上，對現(xiàn)有SNCR系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高效率。

改造目標(biāo)

本次改造方式采用爐內(nèi)低氮燃燒+SNCR優(yōu)化，NOx初始濃度按照450 mg/Nm3進(jìn)行設(shè)計(jì)。低氮燃燒改造脫硝效率在60%以上，SNCR優(yōu)化改造脫硝效率在69%以上。改造完成后，機(jī)組在50%～110%BMCR負(fù)荷范圍內(nèi)，原始濃度高達(dá)450mg/Nm3（干基，6%O2）時，生成NOx濃度不高于160 mg/Nm3，結(jié)合SNCR系統(tǒng)后，NOx排放濃度不高于50mg/Nm3。改造完成后，鍋爐的安全運(yùn)行不受影響，更不會引起鍋爐效率的下降。改造完成后，SNCR脫硝裝置出口煙氣中的氨濃度不大于8ppm（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）。系統(tǒng)阻力：SNCR脫硝部分不增加煙氣阻力。

低氮燃燒改造內(nèi)容

二次風(fēng)系統(tǒng)改造

鍋爐原上二次風(fēng)噴口數(shù)量為12只，其中前墻6只，后墻6只，標(biāo)高為12.05 m，下傾角度為30°;原下二次風(fēng)噴口數(shù)量為10只，其中前墻5只，后墻5只，標(biāo)高為7.94 m，下傾角度為30°。本次改造將原鍋爐的前、后墻上的二次風(fēng)現(xiàn)場拆除，重新選取二次風(fēng)管徑，調(diào)節(jié)二次風(fēng)角度，改變二次風(fēng)管道布置，調(diào)整二次風(fēng)噴射角度，重新核算二次風(fēng)噴口面積，水冷壁重新做讓管。通過改造，使二次風(fēng)噴口面積擴(kuò)大，讓二次風(fēng)在一個寬松的低背壓環(huán)境下噴入爐，實(shí)現(xiàn)“低風(fēng)速，高穿透力”的效果，提高其穿透能力，擴(kuò)大還原區(qū)，使?fàn)t膛內(nèi)還原區(qū)和氧化區(qū)分界明顯，重新調(diào)整上下層二次風(fēng)的風(fēng)量關(guān)系，提高空氣分級程度，以抑制NOx的生成，

SNCR優(yōu)化改造

對鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀以及系統(tǒng)布置進(jìn)行了分析，對原SNCR脫硝系統(tǒng)需重新調(diào)整噴槍數(shù)量及噴槍布置位置，現(xiàn)有噴槍更換為高效霧化噴槍，采用廠內(nèi)壓縮空氣做為霧化風(fēng)來源，并增加適當(dāng)?shù)拇祾呃鋮s風(fēng)，以大幅提高噴槍霧化及穿透效果;根據(jù)煙氣從爐膛進(jìn)入分離器內(nèi)的流動方向，剔除渦流積灰區(qū)的影響，沿分離器入口煙道高度方向重新排列噴槍數(shù)，提高噴槍霧化覆蓋范圍，保證霧化尿素溶液與流動煙氣充分并均勻的混合，大幅提高SNCR脫硝效率。

5結(jié)論

隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，脫硝技術(shù)越來越成熟，已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。由于其投資小、建設(shè)周期短等特點(diǎn)，一些煤粉爐的脫硝已經(jīng)考慮使用SNCR技術(shù)。本文從鍋爐低氮改造方面、SNCR脫硝系統(tǒng)的原理、技術(shù)特點(diǎn)及CFB鍋爐SNCR脫硝技術(shù)的分析進(jìn)行論述，為CFB鍋爐及煤粉鍋爐的SNCR脫硝系統(tǒng)應(yīng)用提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。