（环境工程专业论文）燃煤机组脱硝技术的研究.pdf

，j】 0 一 j 根据广东某电厂两台3 0 0 m w 机组燃煤烟气特点，针对氮氧化物控制问题，对 采用选择性催化还原( s c r ) 工艺和低氮燃烧技术进行了比较研究。研究结果表明， s c r 为该电厂首选烟气脱硝技术。建议实施该发电厂1 0 、1 1 号锅炉s c r 烟气脱硝工程 时，采用低温省煤器移位方案，s c r 系统设计远期按8 0 以上效率考虑。初步的经济 分析表明，总的工程造价为1 7 2 2 4 万元，平均单位造价约为3 0 8 7 0 元k w ，实际运行脱 硝装置每年增加运行成本为2 0 5 0 万元，平均每k w h 增加的运行成本约为0 0 0 5 6 元，每 年可以减少n o x 排放量为9 2 7 7 吨，脱硝工程投运后，可改善电厂周边大气环境质量， 有利于污染物排放总量控制。 关键词：燃煤机组，烟气脱硝，技术经济分析 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so ft w o3 0 0 m wc o a l f i r e dp o w e ru n i t si ng u a n g d o n g ，i t m a k e sac o m p a r a t i v er e s e a r c ha b o u ta p p l y i n gt h es e l e c t i v ec a t a l y t i cr e a c t i o n ( s c r ) t e c h n o l o g ya n dt h el o w - n o xc o m b u s t i o nt e c h n o l o g ya i m i n gt ot h en i t r o g e no x i d e s c o n t r o l l i n gp r o b l e m s t h er e s e a r c hr e s u l t se v i n c e dt h a ts c rt e c h n o l o g yi st h ep r e f e r r e d g a sd e n i t r a t i o nt e c h n o l o g y f o rt h i sp l a n t w es u g g e s tu s i n gt h el o w - t e m p e r a t u r e e c o n o m i z e rs c h e m ew h e ni m p l e m e n t i n gt h es c r g a sd e n i t r a t i o ne n g i n e e r i n go fn u m b e r 10a n d11b o i l e r si nt h i sp l a n t ，a n dc o n s i d e r i n gm o r et h a n8 0 r e m o v a le f f i c i e n c yd u r i n g t h es c rs y s t e md e s i g ni nt h el o n gr u n t h ep r i m a r ye c o n o m i c a la n a l y s i ss h o w st h a tt h e t o t a le n g i n e e r i n gc o s ti s17 ，2 2 4m i l l i o n ，t h ea v e r a g eu n i tc o s ti sa b o u t3 0 ，8 7 0p e rk w , a n dt h ea c t u a la d d i n gr u n n i n gc o s to fd e n i t r a t i o ne q u i p m e n ti s2 ，0 5 0m i l l i o n ，w h i c h m e a n st h er u n n i n gc o s ti n c r e a s e db ye v e r yk w hi s0 0 0 5 6 e v e r yy e a rt h et o t a ln o x e m i s s i o n sc a nb ed e c r e a s e d9 2 7 7t o n s a f t e rp u t t i n gt h ed e n i t r a t i o ne q u i p m e n ti n t oo p e r a t i o n ，i tn o to n l yi m p r o v e st h e p l a n t ss u r r o u n d i n ga t m o s p h e r eq u a l i t y ，b u t a l s oi sb e n e f i c i a lt ot h ec o n t r o lo ft o t a l p o l l u t a n te m i s s i o n sa m o u n t g o n gx u e m i n ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a oy i k e yw o r d s ：c o a l - f i r e du n i t s ，d e n i t r i f i c a t i o n ，t e c h n i c a la n de c o n o m i ca n a l y s i s 0 l j 一 k i l b - b 华北电力人学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论l 1 1 课题背景及意义l 1 。2 课题研究内容2 第二章机组情况3 2 1 机组总体情况3 2 2 与s c r 有关的设备参数3 2 3 燃料数据5 2 4 烟气参数6 2 4 1 锅炉后烟气参数6 2 4 2 目前n o x 排放状况8 2 5 厂址概述9 2 5 1 厂区地理位置9 2 5 2 厂区地形条件1 0 2 5 3 地震烈度l o 2 5 4 水源1 0 2 6 工程地质和水文气象1 1 2 6 1 工程地质1 1 2 6 2 气象条件1 1 2 7 电厂用水1 2 2 8 交通运输1 2 2 8 1 铁路运输1 2 2 8 2 公路运输1 2 2 9 电厂总体布置1 3 2 1 0 电厂丰要控制水平1 3 第三章主要锅炉脱硝技术及比较1 4 3 1 国内外电站锅炉脱硝技术应用现状1 4 3 2 几种常用的电站脱硝技术介绍1 6 华北电力大学硕士学位论文目录 3 2 1 低过量空气燃烧1 6 3 2 2 空气分级燃烧1 6 3 2 3 燃料分级燃烧1 7 3 2 4 烟气再循环1 9 3 2 5 低n o x 燃烧器2 l 3 2 6 选择性催化还原( s c r ) 技术2 l 3 2 7 选择性非催化还原( s n c r ) 技术2 2 3 3 技术方案的比较与评价2 3 第四章发电厂采用低氮燃烧的可行性研究2 6 4 1 发电厂燃烧系统简介2 6 4 2 发电厂n o x 排放浓度偏高的原因探讨2 7 4 3 低氮燃烧和优化运行的措施3 0 第五章发电厂烟气脱硝技术方案3 3 5 1 合适方案的选择3 3 5 2 选择性催化还原( s c r ) 技术原理与实施方法3 4 5 2 1s c r 脱硝反应过程3 4 5 2 2s c r 脱硝过程副反应3 5 5 2 3s c r 系统组成及反应器布置3 6 5 3s c r 烟气脱硝装置布置方案3 8 5 4s c r 脱硝装置的三维立体空间及荷载3 9 5 4 1s c r 反应器三维立体空间3 9 5 4 2s c r 反应器荷载3 9 5 5 脱硝装置阻力、烟气温度及流量的变化4 0 5 5 1 脱硝装置阻力4 0 5 5 2 脱硝装置引起烟气温度的变化4 1 5 5 3 脱硝装置引起烟气流量的变化4 2 5 6s c r 烟气脱硝装置工艺流程4 3 第六章工程估算与经济评价4 6 6 1 投资估算4 6 6 2 运行费用4 7 6 2 1 年运行成本4 7 6 2 2 实际运行成本核算4 8 6 3 经济评价4 8 第七章结论4 9 t i 华北电力大学硕十 参考文献 致 在学期间发表的学术论文和 i 1 1 课题背景及意义 第一章绪论 燃煤电厂在生产过程中会产生大量的有害污染物排入到大气中，主要有粉尘、 硫氧化物( s o 。) 、氮氧化物( n o 。) 和有害金属元素等【l 】。如图1 1 所示，自1 9 8 7 年以 来，我国燃煤电站n o 。排放总量一直呈稳步上升趋势，从最初的18 0 万吨增长到1 9 9 6 年的3 7 0 万吨左右，到1 9 9 7 年略有回落，约3 6 0 万吨，其后几年再次迅速增长， 到2 0 0 2 年已高达5 4 0 万吨左右。据测算，如果不加以控制，预计到2 0 2 0 年氮氧化 物的排放量将达到2 6 3 9 万吨【2 j 。这些污染物对环境和人体都造成了极大的伤害。我 国火电厂的污染物排放控制首先从粉尘排放控制开始，经过三十多年的努力，燃煤 电厂的烟尘排放己得到有效的控制。在s o 。排放控制方面，我国已经开始广泛地采 用烟气脱硫技术并取得了一定成效。随着环保标准的日益严格，在n o 。排放控制方 面，我国已经高度重视，并开始采用多种措施来减少n o 。的排放【3 】。 搦 鞠 蕊圜蕊 露 霸搦搦 圈l罄l磬il豳illll 凰圈 黧豳 l翳l蓄l圈 梦擎挛梦9 梦擎梦擎梦擎梦梦 火电n o x 总排放量( 万吨年) 图1 1 我国燃煤电站n o 。排放总量示意图 于氮氧化物是形成酸雨和光化学烟雾的主要原因之，是主要的大气污染 此成为继一氧化硫之后燃煤发电污染物治理的重点。2 0 0 3 年国家环保总局颁 的火电厂大气污染物排放标准，对火电厂n o 。的排放己做出限制规定， 1 华北电力大学硕士学位论文 国家允许的n o x 最高排放质量浓度( 标准状态) 为4 5 0 m g m 3 ，而且明确提出新建火电 站需预留烟气脱除氮氧化物装置空间【3 】。我国并于2 0 0 4 年7 月1 日起开始征收n o 。 排污费，按照0 6 元当量( 1 当量= 0 9 5 k g ) 收取。为加大环境保护力度，解决“执法依据” 不足的问题，北京、天津、上海、山东、贵州、乌鲁木齐等部分省市先后制定了更为严 格的地方污染物排放标准。如山东省2 0 0 7 年颁布实施了火力电厂大气污染物排放标 准( d b 3 7 5 3 2 2 0 0 5 ) ；乌鲁木齐市也颁布了燃煤锅炉大气污染物排放标准地方标 准；天津市也制定并实施了锅炉大气污染物排放标准( 地方标准) 等。广东省政府 要求新建、改建和扩建电厂全面推行低氮燃烧技术，新建火电厂要预留烟气脱硝场地。 已建电厂须安装低氮燃烧器，推广采用烟气脱硝技术，控制电站、锅炉的氮氧化物排放， 燃煤电厂n o x 最高允许排放限值为6 5 0 m g n m 3 。对于n o x 的排放，目前尚无总量控制 要求，但其中的n 0 2 ，与s 0 2 同属三原子气体，对产生酸雨或温室效应的影响是相似的 h 。在环境保护要求日趋严格的形势下，估计实施n o x 总量控制只是时间问题。与此同 时，火电厂的规划容量日趋加大，现已有4 0 0 0 5 0 0 0 m w 的火电厂投运，建设中的已达 到6 0 0 0 7 0 0 0 m w ，单机容量也从6 0 0 m w 向10 0 0 m w 发展，致使点源的燃煤量大幅度 上升，从而增加了环评工作的难度和采用脱硝装置的份额。脱硫装置从批量试点到全面 推广用了1 0 年左右的时间，可以预见，对于脱硝装置有可能要快一些。在这种情况下， 无论从企业的生存和发展，还是社会效益方面考虑，都要求电厂实施烟气脱硝工程。 我国已建电厂大部分没有安装脱硝装置，因此对已建电厂的脱硝装置的改造工 程已逐渐提上日程。因此，进行已建电厂脱硝技术改造研究，具有重要的理论意义 和应用价值。 1 2 课题研究内容 本课题研究的主要内容是针对广东某发电厂1 0 、1 1 号机组脱硝系统改造工程进 行可行性研究，对可用的脱硝技术进行技术经济分析为，电厂脱硝技术改造提供一 定的参考。主要研究工作如下： l 、原始数据的调研并进行必要的基础试验； 2 、对该发电厂n o x 排放特性进行分析，对采用低氮燃烧的可行性研究； 3 、对该发电厂采用s c r 脱硝技术进行可行性分析； 4 、对工程进行估算并进行了技术经济评价。 2 华北电力人学硕士学位论文 2 1 机组总体情况 第二章机组情况 该发电厂经过了七期工程建设，共建成l o 台发电机组，其中“十五”期间有两台 3 0 0 m w 机组相继投入运行。随着老机组的退役和新机组的投运，目前在运机组四台共 1 0 0 0 m w 容量，年发电能力6 0 多亿千瓦时。当前，电厂正在推进4 x 6 0 0 m w 机组的总 体规划工作。 该发电厂1 0 、1 1 号机组锅炉采用东方锅炉厂生产的1 0 2 5t hw 型火焰锅炉。该炉 为双拱型单炉膛、一次中间再热、平衡通风、亚临界参数、固态排渣、自然循环汽包炉， 设计煤种为粤北地区红工无烟煤。系中国东方锅炉厂引进美国福斯特惠勒( f w ) 能源 公司技术设计制造的亚临界压力煤粉锅炉。锅炉为燃用无烟煤的“w ”火焰锅炉，煤粉 和空气都从下炉膛进入，且穿过燃烧高温区，烟气氮氧化物含量较高。 2 2 与s c r 有关的设备参数 ( 1 ) 锅炉 表2 1 锅炉参数 设备名称参数名称 单位参数 亚临界中间再热，自然循环汽包 型式型号 锅炉“w ”火焰 1 0 号机：d g l 0 2 5 1 8 2 一1 1 1 0 11 号机：d g l 0 2 5 1 8 2 一1 1 1 5 最大连续蒸发量 t h1 0 2 5 过热蒸汽出口压力 m p a1 7 4 锅炉 过热蒸汽出口温度 5 4 0 m c r 工况空预器出口烟气量m 3 m 1 7 4 0 9 2 5 空预器出口烟温设 1 2 4 1 1 7 计值( 修正前后) 锅炉耗煤量 t h1 7 1 锅炉主要参数如表2 1 所示。 ( 2 ) 除尘器 每台锅炉配2 台1 6 5 m 2 的双室4 电场电除尘器，保证效率高于9 9 以上，除尘器主 要参数如表2 2 所示。 3 华北电力人学硕士学位论文 表2 - 2 除尘器参数 型号 b e 2 4 8 2 - 4 配置每炉2 台，双室四电场 除尘效率， 9 9 6 除尘器出口最大含尘浓度，m 咖3 2 2 5 ( 3 ) 引风机 1 0 号和1 1 号机的引风机参数如表2 3 和表2 4 所示。 表2 - 3 1 0 号机引风机参数 参数 名称单位引风机 b m c rm 3 m 高速：8 9 5 0 0 0 风量 低速：8 0 0 0 0 0 高速：1 0 3 0 0 0 0 t bm 3 m 低速：8 0 0 0 0 0 高速：3 4 0 0 b m c rp a 低速：2 7 0 0 全压 高速：4 5 0 0 t bp a 低速：2 7 0 0 高速：7 3 b m c r 低速：8 1 5 效率 高速；8 2 t b 低速：8 1 5 高速：1 1 5 9 b m c rk w 低速：7 3 6 5 轴功率 高速：1 5 7 0 t bk w 低速：7 3 6 5 电动机功率 k wl8 0 0 9 0 0 电动机转速 1 - m l n 7 5 0 6 0 0 电机电压 v 6 0 0 0 电机电流 a2 1 1 1 2 5 控制油压 m p a 进口：1 3 0 调节范围度 出口：4 5 型号 a l i u 9 5 d w 型式双吸离心式 制造厂家武汉鼓风机厂 表2 41 1 号机引风机 4 华北电力大学硕士学位论文 名称单位参数t b ( b m c r ) 型式双速双吸双支承离心式风机1 4 1 4 4 z 1 7 9 0 型 制造厂上海鼓风机厂有限公司 数量 厶 21 7 ：1 流量 m 3 s 2 8 6 11 2 3 4 8 6 全压p a4 2 0 0 3 2 3 4 风机转速 “m i n 9 8 0 风机效率 7 9 4 轴功率k w1 6 1 6 5 1 3 4 3 3 电动机型号：y d k k 7 1 0 6 8 制造厂 湘潭电机厂 功率k w 1 8 0 0 11 2 0 转速r m l n9 9 5 7 4 5 电压 v6 0 0 0 电流 a2 1 2 1 4 4 ( 4 ) 烟囱 烟囱参数如表2 5 所示。 表2 5 烟囱参数 配置两炉共用，单筒式 高度，m 2 1 0 高度出口内径，m 7 材质钢筋混凝士( 无内衬) 3 燃料数据 该发电厂的锅炉燃用1 0 、1 1 号机组锅炉设计煤种选用粤北红工无烟煤，设计煤质参数见表。由 粤北曲仁煤矿已于2 0 0 5 年底全面关停，受京广铁路运力影响，近期省外无烟煤购运困难，现阶段 行无烟煤和烟煤掺烧。2 0 0 8 年2 月至5 月1 0 、1 1 号机组日采样入炉煤检验最高低位发热量为 e t a t = 2 5 6 2m j k g ，最低低位发热量为q n e t a r = 1 5 1 3m j k g 。 表2 5 煤质分析资料 项目 单位设计煤种校核煤种 收到基碳 c a r 4 5 1 4 3 2 收到基氢har 2 0 21 4 5 华北电力大学硕士学位论文 收到基氧 o a r2 31 5 收到基氮 n a to 6o 2 收到基硫 s a t0 9 81 7 收到基灰分a a r4 04 2 收到基水份 m a r1 71 7 收到基低位发热量 q n e t a rm j k g 1 6 8 3 0 1 5 8 4 6 表2 - 6 灰渣分析结果 序号项目符号单位设计煤种校核煤种 1 二氧化硅 s 1 0 2 4 7 9 64 8 6 2 2三氧化二铝 a l 2 0 3 3 4 0 5 2 8 8 0 3 三氧化二铁 f e 2 0 3 4 7 02 7 2 4 二氧化钛 t 1 0 2 1 3 21 9 8 5氧化钙 c a o 4 5 55 3 4 6 氧化镁m g o 0 8 80 2 1 7 氧化钾k 2 0 0 8 2 1 1 3 8 氧化钠n a 2 0 0 6 21 0 5 9 三氧化硫 s o ，2 4 63 5 0 1 0 五氧化二磷 p 2 0 5 0 6 56 6 0 1 1 其他 1 9 90 0 5 该发电厂用于本工程设计的煤质分析资料如表2 5 所示，灰渣分析资料如表2 - 6 所示。 2 4 烟气参数 2 4 1 锅炉后烟气参数 根据该发电厂提供的资料，锅炉烟气成分分析及参数如表2 7 所示。 表2 7 锅炉烟气成分分析及参数 项目单位设计煤种校核煤种 备注 烟气成分( 标准状态，湿基，实际0 2 ) b m c r c 0 2 v 0 1 1 2 0 01 2 2 5 6 华北电力大学硕士学位论文 项目单位 设计煤种校核煤种备注 0 2 v 6 l 6 5 66 5 3 n 2 v r o l 7 5 5 97 5 2 6 8 0 2 v o l 0 1 0 50 1 7 l h 2 0 v r 0 1 5 2 4 25 2 7 烟气成分( 标准状态，干基，实际0 2 ) b m c r c 0 2 v 0 1 1 2 6 71 2 2 6 0 2 v 0 1 6 9 26 8 9 n 2 v 趴7 9 7 87 9 4 5 s 0 2 v 0 1 0 1 1 0 50 1 8 1 烟气参数 n m 。h1 2 9 5 2 3 61 1 5 2 3 5 610 0 b m c r 标态，干基 实际含氧量 n m 3 h 9 0 8 9 2 87 8 3 5 5 57 5 e c r 进入f g d 烟气量 n m 3 h 6 4 3 8 1 15 3 5 2 1 64 5 b m c r n m 3 m 1 3 6 6 8 9 71 2 3 0 5 2 3b m c r 标态，湿基 n m 3 m 9 7 0 3 0 48 3 6 7 0 57 5 e c r 实际含氧量 n m 3 m 6 8 7 2 8 55 7 1 5 2 14 5 b m c r 1 2 510 0 b m c r l l o7 5 e c r 1 0 54 5 b m c r 引风机出口烟气温度 1 6 5短期运行 1 8 0 保护动作 2 2 0故障烟温 引风机出口烟气压力 p a 5 0 05 0 0 b m c r 工况 f g d 入口烟气中污染物成分( 标准状态，干基，6 0 2 ) s 0 2m g n m 3 3 3 6 05 4 9 8 s 0 3 m g n m 3 8 51 4 c i ( h c l ) m g n m 3 2 7 l 2 f ( h f ) m g n m 3 1 1 4 1 5 3 8 0 0 ( 1 0 3 8 0 0 ( 1 0 号 号机)机) n 0 x m g n m 3 燃烧中脱硝主要指各种降低n o x 的燃烧技术，费用较低，但脱硝效率不高，可 满足当前及今后短期的环保要求； 燃烧后脱硝主要指烟气脱硝技术，脱除效率高，随着环保要求的日益严格，将是 主要的发展方向。 3 1 国内外电站锅炉脱硝技术应用现状 早在上世纪七十年代，发达国家如日本、原西德、美国、原苏联和加拿大等就开始 1 4 华北电力大学硕士学位论文 致力于燃料n o x 的生成机理、低n o x 燃烧器的开发、炉内同时脱硫脱硝技术以及炉后烟 气脱硫脱硝技术等的研究。到目前为止，己开发出多种商业化的低n o x 燃烧技术和烟气 脱硝技术。 目前，控制火电厂n o x 排放的措施主要有两种，一是通过燃烧技术的改进( 包括采 用先进的c l 毛n o x 燃烧器) 降低n o x 排放量，国外低n 0 x 燃烧技术的发展已经历三代。第 一代技术不对燃烧系统作大的改动；第二代技术以空气分级燃烧器为特征；第三代技术 则是在炉膛内同时实施空气、燃料分级的三级燃烧方式( 或燃烧器) 【6 】。由于这种措施 投资、运行费用低，采用最广泛，也是主要工业国下大力气不断完善的措施。再就是尾 部加装烟气脱硝装置，其优点是可将其排放量降至2 0 0 m g n m 3 以下，但其初投资及运行 费用高，在德国、日本、奥地利、中国等工业国得到了应用。 由于日本环境标准要求高，仪靠低n o x 燃烧技术不能满足环保要求，因此大多采用 了先进的选择性催化还原法( s c r ) 方法。六十年代中期以前，德国的燃煤电厂n o x 的 排放浓度在2 0 0 0 m g n m 3 以上，1 9 8 4 年原联邦德国在“大型燃烧设备规定中制定了严 格的气体污染物排放限值，其中3 0 0 m w 以上燃煤燃烧器的烟气中n o x 的浓度控制在 2 0 0 m g n m 3 以下。德国已开发出多种低n o x 燃烧工艺，但由于严格的环保标准，除采用 低氮燃烧方式外，德国电厂还普遍使用了s c r 方法，运行多年来，n o x 的排放量一直稳 定在1 2 0 1 6 0 m g n m 3 。据资料统计，到目前为止，应用s c r 烟气处理技术的电站燃煤锅 炉容量超过1 7 8 1 0 0 m w 。其中，日本运行的安装有s c r 烟气处理的机组容量约有 2 3 1 0 0 m w ，6 0 多个电厂；欧洲运行的安装有s c r 烟气处理的机组容量约有5 5 0 0 0 m w ： 到世纪九十年代末，美国安装s c r 烟气处理的机组约有2 2 11 m w ，但至u 2 0 0 3 年，美国将 运行超过1 0 0 0 0 0 m w 容量装有s c r 的机组，占到美国机组容量的3 0 以上。 我国低n o x 燃烧技术的研究开发起步较晚。引进型锅炉使用的燃烧器具有低n o x 功 能，对燃煤机组，其n o x 排放量控制在6 5 0 m g n m 3 以下【”。国产早期1 2 5 m w 、2 0 0 m w 、 3 0 0 m w 机组锅炉n o x 的排放量较高，低n o x 燃烧技术还有待开发。近年来，s c r 的应用 也在中国得到了长足的发展，从国家环保部核准的火电厂烟气脱硝建设容量看，我国约 有5 0 0 0 万千瓦安装和在建脱硝装置，几乎全部采用了s c r 方法。另外，我国应大力开发 性能优良的具有自主知识产权的s c r 脱硝方法。 1 5 华北电力人学硕十学位论文 3 2 几种常用的电站脱硝技术介绍 3 2 1 低过量空气燃烧 使燃烧过程尽可能地在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少， 可以抑制n o x 的牛成，是一种简单的降低n o x 的方法。一般来说，采用低过量空气燃 烧可以降低1 5 2 0 的n o x 排放量，但是，采用这种方法有一定的限制条件，如当炉 内氧的浓度过低，低于3 以下时，会造成c o 的含量急剧增加，从而大大增加化学未 完全燃烧热损失。同时，也会引起飞灰含炭量的增加，导致机械未完全燃烧损失的增加， 燃烧效率降低。此外，低氧浓度会使炉膛内某些地区成为还原性气氛，从而降低灰熔点， 引起炉壁结渣和腐蚀。因此，选择该方法时，须慎重选择。 3 2 2 空气分级燃烧 传统的燃烧方式是将所有的煤粉和空气都通过燃烧器送入炉膛，一起燃烧。这样煤 粉与空气充分混合，燃烧强度大，燃烧温度高，但由此产生的n o x 排放量也很高。而 空气分级燃烧技术是通过控制空气与煤粉的混合过程，将燃烧所需要空气逐级送入燃烧 火焰中，以此实现煤粉颗粒在燃烧初期的低氧燃烧，达到降低n o x 排放的目的。空气 分级燃烧技术可以分成垂直分级和水平分级。所谓垂直分级是将一部分燃烧空气从主燃 烧器中分离出来，从燃烧器上部送入炉膛，这股燃烧空气被称为燃烬风( o f a ) 。根据 o f a 安装位置的不同，又分成紧凑型o f a 和分隔型o f a 。o f a 的量一般占总空气量的 1 0 一2 0 ，具体的量根据分级程度的不同而不同。由于o f a 的存在，主燃烧区的氧量 下降了，空气量减少，燃料型n o x 的生成减少；由于燃烧温度降低，热力型n o x 的生 成也减少了，因此，总的n o x 排放量降低了。水平分级是在四角切圆燃烧方式中，将 二次风的喷射角偏转，与一次风形成大小不同的切圆，通过这种方式推迟二次风与一次 风的混合，形成一定程度的空气分级。 根据空气分级燃烧技术降低n o x 的机理可知其工艺流程，其系统主要包括：低n o x 燃烧器和燃尽风系统。主燃烧区域的过量空气系数尽可能低，燃料在此区域缺氧燃烧， 产生少量的n o x ，烟气上行至燃尽区域，与燃尽风混合燃烧，此时由于燃烧温度低生成 n o x 相对较少，而未燃尽炭在此得以燃尽，其布置方式如图4 1 所示。 1 6 华北电力大学硕十学位论文 使用空气分级燃烧技术对老机组实施改造较为方便，改动量小，改动费用相对较低； 比较适合于高挥发份的煤种，在燃用挥发分较高的烟煤时，采用低n o x 燃烧器加燃尽 风系统的改造可使锅炉n o x 的排放降低2 0 5 0 ；改造后，锅炉排烟温度和飞灰含碳 量有所增加，锅炉效率有所降低。 内蒙古乌拉山发电厂3 群锅炉( 4 1 0 t h ，烟煤) 空气分级燃烧技术改造之后锅炉n o x 排放情况如表3 1 所示【8 】。 表3 14 1 0 t h 锅炉改造前后n o x 排放情况 丁况l工况2工况3 改前 9 8 2 81 0 8 4 38 6 8 3 改后4 8 5 55 8 76 1 0 5 ( 总空 轴向分级燃烧 图3 1 空气分级燃烧示意图 由于空气分级燃烧降低了主燃烧区的空气系数，容易导致水冷壁附近还原性气分增 加，从而，引起炉膛内的结渣和腐蚀问题。空气分级燃烧技术在我国应用较为广泛，国 电热工研究院曾对国内大型锅炉的运行业绩进行过调查，结果表明，国内3 0 0 m w 及其 以上机组8 0 应用了空气分级燃烧技术。国外应用更为广泛，其中美国应用于空气分级 燃烧的低n o x 燃烧器改造燃煤锅炉工程达到4 0 0 多台，应用炉膛空气分级改造的燃煤 锅炉工程1 2 0 多台，机组总容量分别达到1 3 0 g w 和5 0 g w 。 3 2 3 燃料分级燃烧 燃料分级燃烧，即再燃烧，首先由德国在八十年代末期提出，称为i f n r 技术 1 7 华北电力大学硕士学位论文 ( i n f u r n a c en o xr e d u c t i o n ) 。后来这一技术很快引起欧美和日本的普遍关注，各大公司 和科研机构纷纷投入资金展开研究，并获得政府的资助，发展到今天该项技术已逐步实 现了产业化。煤粉在燃烧中己生成的n o 遇到烃根c h i 和未完全燃烧产物c o 、h 2 、c 和c n h m 时，会发生n o 的还原反应，反应式为【9 , 1 0 】： 4 n o + c h 4 = 2 n 2 + c o e + 2 h 2 0 2 n o + 2 c n h m + ( 2 n + m 2 1 ) 0 2 = n 2 + 2 n c 0 2 + m h 2 0 2 n o + 2 c o = n 2 + 2 c 0 2 2 n o + 2 c = n 2 + 2 c o 2 n o + 2 h 2 = n 2 + 2 h 2 0 利用这一原理，将8 0 - - - 8 5 的燃料送入第一级燃烧区，在a l 条件下，燃烧并生成 n o x 。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料，其余1 5 2 0 的燃料则在主燃烧器的上部 送入二级燃烧区，在a s c r 反应器数量： 1 套炉 催化剂类型：蜂窝状s c r 催化剂、平板状s c r 催化剂 烟气流量：烟气量取13 0 0 0 0 0 n m 3 h u n i t 反应区烟气温度：3 2 0 3 9 0 反应器入口n o x ( 干基6 0 2 ) ： 1 0 0 0 m g n m 3 反应区出口n o x ( 干基6 0 2 ) ： 小于2 0 0 m g n m 3 反应器内空速： 2 8 0 0 - - - 3 5 0 0h 。1 反应器内烟气流速为：4 6 r n s n h 3 n o x 摩尔比： 1 0 5 n h 3 的逃逸量：小于5p p m s c r 系统脱硝效率：按大于8 0 设计 因此，每一个反应器的立体空间大小长宽高= 9 o m x 8 o m x l o 2 m 。 5 4 2s c r 反应器荷载 ( 1 ) 催化剂载荷的计算 以蜂窝催化剂单元为例，体积大约为0 4 8 6 x 0 4 8 6 x 0 5 7 2 m 3 ，重量取5 0 k g ；空速取 3 4 0 0 h ，因此，每一机组锅炉所需催化剂的体积为： 魄佧妇：塑篁垄堡堡三堕笪堡：1 3 0 0 0 0 0 n m - 一3 h = 3 8 3 ， p 催化剂2 1 甄一。i 而f 一 州m 催化剂的载荷， 塑 木5 0 木1 0 3 1 4 1 吨 0 4 8 6 木0 4 8 6 木0 5 7 2 3 9 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 反应器外壳及钢架的载荷计算 参考国外同类型结构，3 0 0 m w 每个s c r 反应器重量约2 0 0 t ，总的反应器载荷为9 0 0 吨左右；因此，建议设计钢柱强度按1 0 0 0 吨考虑。 5 5 脱硝装置阻力、烟气温度及流量的变化 5 5 1 脱硝装置阻力 锅炉加装烟气脱硝装置会使锅炉烟气系统的阻力增加，脱硝装置的阻力包括三部 分：烟道的沿程阻力、弯道或变截面处的局部阻力、反应器本体( 主要为催化剂) 产生 的阻力【3 8 1 。 烟道的沿程阻力和局部阻力用下式计算： w ，= ( 允砉啦) 譬 式中：p 一烟气密度，k g m 3 ； ”l 一烟气流速，州s ； w ，一烟气阻力，p a ； 旯一烟气沿程阻力系数； 一烟道长度与烟道当量直径之比； 孝一烟道局部阻力系数之和。 据国内外s c r 运行经验，加装s c r 后，烟道阻力增加约3 0 0 p a 。 s c r 反应器的阻力主要是催化剂的阻力，根据催化剂厂家提供的数据，每层催化剂 的阻力约2 0 0 p a ，最多放三层催化剂，s c r 反应器的阻力约为6 0 0 p a 。 所以，脱硝装置烟气系统总阻力约1 0 0 0 p a ，即由于安装烟气脱硝装置，使锅炉烟气 侧的阻力增加约1 0 0 0 p a ，现有引风机为每台炉2 台双吸离心式引风机，设计全压为 3 4 0 0 p a ，在1 0 0 b m c r 下全压为2 5 0 0 p a ；考虑到原引风机可能会没有这样大的裕量， 4 0 华北电力大学硕士学位论文 建议更换或改造锅炉 - 3 i 风机。 5 5 2 脱硝装置引起烟气温度的变化 1 n o 的摩尔数 已知条件：在标准状态下，锅炉烟气流量q = 1 3 0 0 0 0 0 m 3 h ，n o 浓度取1 0 0 0 m g n m 3 ； n o 的质量流量为： 13 0 0 0 0 0 n m 3 h x10 0 0 m g n m 3 = 1 3 0 0 0 0 0 9 1 1 n o 的摩尔数为： l3 0 0 0 0 0 3 0 = 4 3 3 3 3 m o l 2 n h 3 的摩尔数 n h 3 n o 的摩尔比取1 0 5 ， n h 3 的摩尔数为： 1 0 5 x 4 3 3 3 3 m o l - - 4 5 5 0 0 m o l 3 化学反应热 反应方程为： 4 n o + 4 n h 3 + 0 2 = 4 n 2 +6 h 2 0 + q 标准生产物焓( k j m 0 1 ) 9 0 2 5 - - 4 6 1 100- - 2 4 1 8 2 反应标准焓变为： 6 x ( 一2 4 1 8 2 ) 一4 9 0 2 5 4 ( 一4 6 1 1 ) = 一1 6 2 7 4 8k j m o l 1 小时内生成的热量q r ： 4 n o+ 4 n h 3 + 0 2 = 4 n 2+ 6 h 2 0+ q 4 4 1 16 2 7 4 8k j m o l 华北电力大学硕士学位论文 一一 4 3 3 3 3 q r = 一1 6 2 7 4 8k j m o l 4 3 3 3 3 4 = 一1 7 6 3 0 8 9 7k j 华北电力大学硕士学位论文 5 6s c r 烟气脱硝装置工艺流程 图5 9 系统工艺流程 如上所述，s c r 系统由催化剂、供氨部分( 存储及喷射) 、烟气管道、再热系统及 控制等子系统组成。该发电厂所采用的s c r 系统工艺流程如图5 - 9 所示【3 7 】。 s c r 工艺特点 ( 1 ) 电厂s c r 烟气脱硝系统包括氨气系统和脱硝反应系统； ( 2 ) 氨气系统由液氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽及氨气稀释 槽、废水泵、废水池等组成； ( 3 ) 脱硝反应系统由催化反应器、氨喷雾系统、空气供应系统等组成； ( 4 ) 在s c r 系统中，2 台锅炉共用1 个液氨储罐，2 台锅炉共用1 个氨蒸发器； ( 5 ) s c r 控制进入各机组d c s 。氨站系统的控制进入共用d c s 控制系统。 脱硝反应系统 ( 1 ) 烟气线路：s c r 反应器位于锅炉省煤器出口烟气管线的下游，氨气均匀混合后 通过分布导阀和烟气共同进入反应器入口。烟气经过脱硝过程后经空气预热气热回收 后，进入静电除尘器。 ( 2 ) s c r 反应器：反应采用固定床平行通道形式，反应器为自立钢结构型。催化剂 底部安装气密装置，防止未处理的烟气泄露。 ( 3 ) s c r 催化剂：催化剂为蜂窝式，其特点是高活化，寿命长，压降小，刚性易处 理。催化剂为v - t i 型。电厂s c r 装置催化剂由三层组成，工程初建设时先装两层，随 着环保要求的提高再增加一层。 ( 4 ) 氨空气喷雾系统：氨和空气在混合器和管路内充分混合，再将此混合物导入氨 4 3 华北电力大学硕士学位论文 气分配总管内。氨空气喷雾系统含供应箱、喷雾管格子和喷嘴等。每一供应箱安装一个 节流阀及节流孔板，可使氨空气混合物在喷雾管格子达到均匀分布。氨空气混合物喷 射配合n o x 浓度分布靠雾化喷嘴来调节。 ( 5 ) s c r 控制系统：每台机组的脱硝反应系统的控制都在本机组的d c s 系统上实现。 控制原理 利用固定的n h 3 n o 摩尔比来提供所需的氨气流量，进口n o x 浓度和烟气流量的 乘积产生n o x 流量信号，此信号乘以n h 3 n o 摩尔比就是基本氨气流量信号。摩尔比 是通过现场测试，并记录在氨气流量控制系统的程序上。s c r 控制系统根据计算出的氨 气流需求信号去定位氨气流控制阀，实现对脱硝的自动控制。通过在不同负荷下对氨气 流的调整，找到最佳的喷氨量。另外，根据脱硝后的烟气中n o x 含量对氨气流量进行 修正。 脱硝装置后的烟道中设有测量逃逸氨的计量计，当逃逸氨大于保护值时或氨气因为 某些连锁失效造成喷雾动作跳闸，届时氨气流控制阀关闭。 氨供应 根据获得的n o x 信号，计算出需求氨气。控制器利用氨气流量控制所需氨气，使摩 尔比维持稳定。 稀释空气供应 每台炉装设2 台稀释风机，氨气和空气流设计稀释比最大为5 。 液氨存储与供应系统 、 ( 1 ) 液氨存储与供应系统包括液氨卸料压缩机、液氨储槽、液氨蒸发槽、氨气缓 冲槽及氨气稀释槽、废水泵、废水池等。 ( 2 ) 利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入液氨储槽内，储槽输出的液氨在液氨 蒸发槽内蒸发为氨气，经氨气缓冲槽送到脱硝系统。 ( 3 ) 氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽内，经水的吸收排入废水池，再 经由废水泵送到中和装置，达标排放。 ( 4 ) 液氨存储和供应系统控制在机组的d c s 上，就地同时安装m c c 手动。 卸料压缩机 卸料压缩机为往复式压缩机，压缩机抽取液氨储槽中的氨气，经压缩后将槽车中的 液氨推挤到液氨槽车中。 液氨储槽 4 4 华北电力大学硕士学位论文 两台机组锅炉脱硝共设计两个储罐，互为备用；一个液氨储罐可供应四套s c r 机 组脱硝反应7 1 4 天，储氨储罐上安装有超流阀、逆止阀、紧急关闭伐及安全阀。储罐 周围安装有工业水喷淋管线和喷嘴，当储槽体温度过高时自动淋水装置启动，对槽体自 动淋水减温。 液氨蒸发槽 ( 1 ) 液氨蒸发槽为螺旋管式，管内为液氨管外为温水浴，用6 0 。c 7 0 。c 的热网回水 加热到4 0 c ，再以温水将液氨汽化，并加热至常温。热网水流量受蒸发槽本身水浴温度 的控制调节。在氨气出口管线上装有温度检测器，当温度低于1 0 。c 时切断液氨进料，使 氨气至缓冲槽维持适当的温度和压力。 ( 2 ) 蒸发槽也装有安全阀，可防止设备压力异常过高。 氨气缓冲槽 从蒸发槽蒸发的氨气流进入氨气缓冲槽，通过调压阀减压到一定压力，再通过氨气 输送管线到锅炉侧的脱硝系统。 氨气