脱氮论文低氮燃烧器、OFA加SNCR联合脱硝技术在2×220t7h煤粉炉的应用.doc

2011科协论文低氮燃烧器、OFA加SNCR联合脱硝技术在2220t7h煤粉炉的应用 摘要：本文介绍了低氮燃烧器、OFA力I】SNCR的联合脱硝技术在220t/h煤粉锅炉的应用，简述其技术特点和T艺流程，并通过试验测试了其脱硝率和对炉效率的影响。该系统的投.卜为其以后的推J-做出了范例。关键词：220t/h煤粉炉 低氮燃烧器 OFA SCR 脱硝1前言 2007年我国火电厂排放的氮氧化物总量已增至840万吨。据0家预测，若无控制，2020年我国氮氧化物排放量将达到3000力吨，氮氧化物带来的人气污染将会越来越严重，为了人类美好家同，为了子孙后代的蓝灭白云，必须控制氮氧化物的排放。我同早在2003年就山台文件要求电厂脱硝，“十：血”期问节能减排将增加“脱硝”这。约束性硬指标。为此，)州石化自备电站煤粉炉开始实施脱硝技术改造。1.1氮氧化物的j沁牛机理 在氮氰化物巾，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，产生机理一般有燃料型、热力型和快速温度型i种： 热力型Ox 燃烧fj、J，空气中的氮气在高温卜氧化产生，随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。 快速型Ox 南于燃料挥发物中碳氯化合物高温分解生成的CII自由举丌丁以和空气中氮气反应生成IIC和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，在反应区附近会快速牛成Ox。 -燃料型NOx由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。在牛成燃料型NOx过程中，片先是含有氮的有机化合物热裂解jk牛N、CN、HCN和等中问产物基团，然后再氧化成NOx。 这i种类型的NOx，其荇自的生成量和煤的燃烧温度有关，在电J锅炉r燃料型Ox是最主要的，占NOx排放的60%、80%，热力型其次，快速型最少。1.2脱硝技术的分类 日前脱硝技术分为燃烧前脱氮、燃烧过程中脱硝及燃烧后的烟气脱硝。燃烧前脱氮指燃烧前对燃料进行脱氮处理，日前有生物脱氮技术、洗选等方法。燃烧过程中脱硝指通过控制燃烧条件来减少Ox的生成，主要有低氧燃烧、循环流化床燃烧技术、分段燃烧技术、煤粉浓淡分离技术及低氮燃烧器技术等。燃烧厉的烟气脱硝指对燃烧后生成烟气进行处理。日前主要有液体吸收法、微生物法、活性炭吸附法、电子束法、SCR和SNCR法。 SCR称为选择性催化还原技术，技术成熟，设备投资高，脱硝效率达80%、90%，设备占用空fIJ较大，关键技术难度大，特别是对氨逃逸的控制难度大，催化剂要求高。 SNCR称为选择性非催化还原技术，技术成熟，脱硝效率较低达30%50%投资少，占地少，T艺简单，多用于旧电改造。2广州石化自备电站煤粉锅炉简介（表1） 项目 内容 锅炉制造商 武汉锅炉J 1990年投产 WG2-220/9. 8-13高压、汽包、自然循环、同态排渣煤粉 锅炉类型 炉 燃烧配置 直流四角喷燃每个角一、I：次风布置为212212 燃料类型 烟煤 假想切圆 522mm 弧临界或超临界 高压9. 8Mpa 锅炉负荷 220t/h 锅炉蒸汽温度 540 给水温度 210 排烟温度 134.2 锅炉效率 92. 4% 转向室处氧浓度（高温省煤 4% 器烟气入U） 低负荷下省煤器氧浓度 5% 现有CO排放 30mg/m3 CO排放日标 50mg/m3 现有飞灰含碳量 1%-3% 现有SOx控制 尾部烟气半干法脱硫 现有S02排放 400 mglNnf 现有NOx控制方法 无 N Ox排放 无控制600-800 mg/V m3 表1、 J-州石化自备电站煤粉锅炉简介3脱硝技术的选择 上表可看出1#、2#煤粉炉茌无脱硝技术的情况下，Ox排放为600、800mg/m3，根据火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2003)规定，第时段的煤粉炉Nc.xl的条件下完成全部燃烧过程。由于整个燃烧过程所需空气是分级供入炉内的，使整个燃烧过程分为两级或两级以上进行，敞称为窄气分级燃烧。 本次改造OFA从各角总二次风道引出，在标高17.8米处通过OFA喷口水平进入炉膛，燃尽风道设调节风门控制风量，风道巾布置柔性补偿器，以保证锅炉本体钢架不承受更多的载荷，并满足膨胀要求；设置吊架，承受风道载衙。OFA喷口角度为不可调节武，其喷口形成的假想切圆直径为1388mm，+弓燃烧器切圆旋I向相liJ，OFA喷口为八边形，尺寸352495，单支OFA喷口而积0.26ff12，如OFA喷Ll 图四、OFA喷口及其布置简图低氮燃烧改造后，保留原有的二次风口，燃烧参数在总风量和空气温度不变的基础，卜，进行OFA调整，以达到低氮燃烧的日的。各风量配比见表2。 风量 风温 风率 喷U总面移！ 项F Nmh % m2 一次风 乏气送粉70/温风送粉Il0 30 0.70 次风 326 40 1.48 OFA 326 30 1.04 表2、锅炉燃烧用风对比表3.2 SNCR技术 SNCR T艺是一个燃烧后的脱硝过程，通过往锅炉中喷入适量的尿素氨水等脱硝还原剂来去除Ox的化学反应过程。脱硝还原剂喷入炉膛温度为8501250的区域，在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，反应式如下： VH3为还原剂：4 NH3+4NO+02 -42+6H20尿素为还原剂：2NO+CO(NH2)2+1/202 -2N2+c02+2H20 当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。SNCR技术巾控制好氨的逃逸是一项重要指标，若喷入的NH3不充分反麻，则逃逸的NH3不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而H烟气中NH3遇到S03会jk牛NH4HS04易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。SNCR的T艺流程图见图-。尿素氨水溶液还原剂（+卜而简称还原剂）从储罐底部流出经离心泵泵打至计量模块，其州有一路循环管，通过循环管调：1，阀来控制进入计量模块的溶液量。计量模块斫i置在锅炉前墙22.40m层现有锅炉平台上，经过计量后的还原剂溶液进入分配模块，分配装霄将这些药剂分送给6个喷枪。喷枪用-J：雾化溶液并将其喷入炉膛，雾化风机提供的一定压力和流量的空气作为包裹携带风将雾化厉的还原剂液滴喷入炉膛。进炉膛 图五、SCR T艺流程示意图 本次SNCR改造提出了氨水和尿素两个方案，主要原例是冈为广石化F1产氨水，能降低牛产成小并可以直接通过管道引入，仇在改造后调试期问，经过反复试验，氨水溶液都达不到预期的脱硝效果，原I大l是氨水溶液的氨容易蒸发注射到炉膛内迅速转为气态，由-j二气态的氨很难穿透烟气，与烟气的混合程度远不如尿素溶液的穿透力和混合度，并且尿素是一种无毒、低挥发的液体，在运输和储存方面比氨更加安全。于是改用尿素方案，并将原来的6支喷枪改为3支喷枪，每支喷枪的流量比原来略为增大。4效果测试 为评估本次脱硝改造的效果，J州石化特委托西安热_T院进行了改造前、后的性能测试。4.1测试日的 在燃用设计煤种时，最大额定T况连续运行7天，脱硝改造性能是否达到如下标准：SNCR装置出U烟气NOx浓度降低到240mg/Nm3(锅炉负荷彳i低于70% 条件下测试)，一H在烟气中NOx浓度为600-800 rrig/Nm3时，综合降氮 脱硝率彳i小于60%。 在保证上述测试时，氨逃逸量lOlu UL。 脱硝改造后，锅炉热效率彳i降低。4.2试验T况安排 试验分三个阶段进行，分别为： o 改造前：锅炉反平衡热效率试验及NOx、02浓度试验： 改造后：低氮燃烧T况下（不投SNCR时）锅炉反平衡热效率和NOx 排放浓度。 改造后：低氮燃烧和投SNCR T况下锅炉反平衡热效率、总脱硝效率和 氨(NH3)逃逸浓度。 每个阶段分别有3个丁况：正常负荷( 190Uh)、100%锅炉负荷(220Uh)、掺烧瓦斯T况（190t/h）。4.3测试项H及方法 烟气NOx和02浓度 在锅炉空气预热器出口取烟气除湿冷却后盾接入NGA2000型烟气分析仪分 析烟气中的02、NO。烟气中NOx的浓度计算方法如卜： 崛（mg脯）：NOCuL/竺2.05竺兰 0.95 21- 01 锅炉效率 锅炉效率依捌GB10184-88电站锅炉性能试验规程，采用反平衡法进行计算，热损失主要包括：排烟热损失q2、化学未完全燃烧热损失q3、l问体未完全燃烧热损失q4、散热损失q5及灰渣物理热损失q6。主要记测项日有煤质取样及分析，排烟温度及烟气成份测量，飞灰、炉渣取样及分析 氨逃逸浓度测试 在高温空预器入口截面选取4个代表作为NH3取样ti。氨逃逸样品采用美国EPA制订的CTM-027标准以化学溶液法采集，并记录所采集的干烟气流量和02浓度。通过分析样品溶液中的氨浓度，并根据所采集的烟气流量和02，计算各采集点处烟气中干基NH3浓度。4.5 1#炉试验结果（2#炉l司，略） oNOx排放浓度及NH3逃逸浓度 脱硝改造前、后，l群炉各T况的NOx排放浓度测量结果汇总于表3。改造前NOx排放浓度约591632mg/Nm3，改造后彳、=投运SNCR时可控制到约249281mg/Nm，投运SNCR后进一步降低到约221237mg/Nm3，整体脱硝效率达到6I.6%。SNCR系统的平均脱硝率为I4.2%，平均NH3逃逸浓度为2.4V UL。NOx排放浓度和氨逃逸浓度均达到设计指标。 02 NOx 脱硝率 NH3 l舟炉 负荷及燃料 工况号 % mgf Nm36%02 % pL/L 190Uh，纯烧煤 T-OI 4.6 591 190t/h，掺烧瓦 改造前 T-02 4.6 571 斯 220t/h，纯烧煤 T-03 5.2 632 改造后， 190t/h，纯烧煤 T-02-I 3.8 268 54.7 不投 190t/h掺烧瓦 斯 T-01-2 3.3 249 56.4 SNCR 220Uh，纯烧煤 T-03-I 4.2 287 54.6 190t/h，纯烧煤 T-02-2 3.4 221 62.6 4.51 改造后， 190t/h，掺烧瓦 斯 T-OI-I 3.5 230 0.93 投SNCR 59.7 220t/h，纯烧煤 T-03-2 4.0 237 62.5 1.80 平均 61.6 2.41 表3、改造前、后测试各T况NOx排放浓度及NH3逃逸浓度4.6锅炉效率 l炉改造前、后炉效率试验表见表4、表5。汇总后见表6。可看出排烟温度相差不人，飞灰丌J燃物略有升高，炉渣可燃物有所降低。改造前全烧煤T况平均锅炉效率为91.67%，改造后全烧煤一月投运SNCR T况r均锅炉效率为9I.76%（其中SNCR尿素溶液喷入的水分造成的热损失约为0.23%）。改造后全烧煤T况锅炉效率增加0.09个百分点。满足“锅炉热效率刁i降低”的性能保证值，测试合格。项目 单位 1群炉改造前效率计算 T-OI(190Uh， T-02（I90Uh，掺 T-03（220Uh，纯 T况编，lj。 纯烧煤) 烧6斯） 烧煤） Car % 49.83 49.83 47.00 Har % 3.10 3.10 2.74 Oar % 8.56 8.56 7.20 煤 Nar qo 0.83 0.83 0.77 质 Sar % 0.81 0.81 0.61 分 析 Mt % 13.70 13.70 12.30 Aar % 23.17 23.17 29.38 Vdaf % 37.84 37.84 38.97 Qnet,ar U/kg 19210 19210 17760 排烟氧含挝 % 4.65 4.56 5.16 排烟温度 149.25 154.50 156.50 色灰可燃物含景 % 2.0 2.1 1.6 炉渣可燃物含景 % 5.5 6.5 4.7 排烟热损失q2 % 6.10 6.30 6.78 化学未完全燃烧热损 % 0.00 0.00 0.00 失q3 同体未完全燃烧热损 % 0.98 1.08 J.09 失q4 散热损失q5 % 0.88 0.88 0.75 灰治物理热损失q6 % 0.20 0.21 0.29 热损失总和 % 8.16 8.47 8.90 锅炉热效率 % 91.84 91.53 91.10 修正后锅炉热效率 % 92.02 91.69 9130 表4、1#炉改造前效率项目 单位 l群炉改造后效率计算 IL_I厶、L 改造后不投SNCR 改造后投SNCR I+DL劲旧。 T-02-I T-03-I T-01-2 T-OI-l T-02-2 T-03-2 190t/h， 220Uh, 190t/h， 1 90t/h， 220Uh, 190t/h， -T沉说明 纯煤 纯煤 掺瓦斯 纯煤 纯煤 掺瓦斯 Car % 48.33 51.59 51.59 51.59 48.33 51.59 Har % 3.13 3.52 3.52 3.52 3.13 3.52 Oar % 9.42 9.33 9.33 9.33 9,42 9.33 煤 Nar % 0.85 0.94 0.94 0.94 0.85 0.94 质 Sar % 0.51 O46 0.46 0.46 0.51 0.46 分 析 Mt % 11.20 10.20 10.20 IO20 11.20 10.20 Aar % 26.56 23.96 23.96 23.96 26.56 23.96 Vdaf % 38.15 38.29 38.29 38.29 38.15 38.29 Qnet,ar kj/kg 18150 19710 19710 19710 18150 19710 排烟氧含量 % 3.76 4.24 3.55 3.30 3.44 3.95 排烟温度 141.91 151.76 150.