_低氮燃烧_SCR_技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用

1、科技信息1、引言氮氧化物(以下简称NOx排放不但对公众健康、城市细粒子、臭氧和区域酸沉降产生严重影响,而且NOx还是臭氧和酸沉降等二次污染的重要前体物,灰霾的形成与NOx有很大关系。为进一步改善空气质量,减少亚运期间的灰霾天数,广州市政府于2009年7月5日发布了关于重点工业企业实施降氮脱硝工作的通告,要求现存的火电发电厂,必须在亚运前完成降氮脱硝工作。广州发电厂有限公司于2010年7月份对五台锅炉实施了低NOx燃烧器和尾部烟道加装SCR(选择性催化还原脱硝技术改造。此次改造使5台锅炉烟气NOx的排放量由平均583mg/Nm3降低至180mg/Nm3以下,为广州市成功举办亚运会在环境保护方面做

2、出了自己的贡献。2、低氮燃烧+SCR脱硝技术应用2.1NOx的生成机理根据燃烧过程中NOx的生成机理,可以分为三种:热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。热力型NOx是由空气中的氮在高温条件下氧化而成的,其生成速度和温度的关系遵循阿累尼乌斯定律,其生成速度主要受温度的影响,随着温度的升高,NOx的生成速度呈指数规律迅速增加。热力型NOx 主要是在1500以上的高温区产生的,当燃烧温度低于1500时,几乎观察不到热力型NOx的生成反应。燃料型NOx是由燃料本身固有的氮化合物在燃烧时转化而成,在600800时就会产生。燃料氮是燃烧过程中NOx的主要来源,煤粉燃烧时约75%90%的NOx来源于燃

3、料型NOx,燃料型NOx比热力型NOx更易于形成。它的生成和分解过程不仅和煤种特性、煤的结构、燃料中的氮受热分解后再挥发份和焦炭中的比例、成份等有关,而且大量的反应过程还和燃烧条件如温度、氧及其它各种成份的浓度等密切关联。快速型NOx是当碳氢化合物燃料过浓燃烧时,在反应区附近快速生成的。它在整个NOx中数量极少,一般可忽略不计。2.2NOx的控制方法NOx的控制可分为燃烧前处理、燃烧中处理和燃烧后处理。燃烧前脱氮主要是在燃烧前将燃料转化为低氮燃料。这种技术方法复杂,由于难度大,成本较高,目前仅限于研究阶段。燃烧中脱氮主要从两个方面考虑:一是抑制燃烧中NOx的形成。二是还原已形成的NOx。根据N

4、Ox的生成机理可知,减少其生成量的主要方法是控制燃烧区温度,降低反应区内氧的浓度和缩短燃料在高温区域内的停留时间。各种低氮燃烧技术均是根据这些原理来进行研发的。燃烧后脱氮主要是指烟气脱硝:包括选择性催化还原法、选择性非催化还原法等。这些方法都是通过烟气中加入含氮的还原剂,在一定温度下与烟气中的NOx发生还原反应,生成无害的氮气和水,不同之处是SCR有催化剂的参与,催化剂的参与降低了反应温度(由不加催化剂的1000左右降至350左右,并且反应效率很高。12.3降氮脱硝技术选型控制NOx排放的主要途径有低氮燃烧技术和烟气脱硝技术两种,低氮燃烧技术从工艺上减少了NOx的产生,能够做到用最少的社会成本

5、来推动NOx减排。因此,在实施NOx减排的初级阶段,低氮燃烧技术是NOx减排的首选技术。低氮燃烧技术是根据NOx的生成机理,主要通过采用低氧燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环等低氮燃烧方法降低煤粉(或油燃烧过程中NOx生成量。此类技术实施相对较简单,投资、运行费用较低,是经济代价小、有效的技术措施。但是,目前低氮燃烧技术只能减排NOx约40%左右,与降氮脱硝目标值200mg/Nm3仍有一段距离。因此,必须结合烟气脱硝技术进一步降低NOx排放值。依据反应的温度不同及是否需要催化剂,烟气脱硝技术主要包括选择性催化还原法(SCR、选择性非催化还原法(SNCR及综合法(SNCR-SCR。SN

6、CR法具有一次投资成本低,不需要催化剂,运行成本相对较低的特点。但因其对反应温度要求十分严格,脱硝效率较SCR低,一般只有40%左右。而采用SCR技术脱硝效率可达80%以上(布置两层催化剂以上。因此,采用低氮燃烧加上SCR技术符合当前降氮脱硝的要求,通过运行调整、优化,可以较小的改造成本得到需要的效果。2.4低氮燃烧加SCR脱硝技术的改造方案该公司有5台锅炉:#1、2、3炉是武汉锅炉厂设计制造的WGZ220/ 9.813型锅炉,#4、5炉是杭州锅炉厂生产的WGZ220/9.813型锅炉, 5台锅炉均为高压自然循环,采用集中下降管、型布置的固态排渣煤粉炉,锅炉前部为炉膛,四周布满膜式水冷壁,炉顶

7、、水平烟道及转向室均设置了顶棚包墙膜式过管壁,尾部坚进烟道中交错布置两级省煤器和两级空气预热器。5台锅炉采用单炉膛正四角布置煤粉喷燃器,切向燃烧。#13炉假想切园为608mm,#45炉假想切圆为608mm,采用钢球磨、中间储仓热风送粉系统,除渣设备采用湿式水封除渣装置。锅炉设计参数:额定蒸发量过热蒸汽压力过热蒸汽温度排烟温度锅炉效率炉膛截面#1、2、3炉220T/H9.81MPa540135.892.297600mm×7600mm#4、5炉220T/H9.8MPa540140.9191.367570mm×7570mm低氮燃烧改造脱硝效率不低于40%。锅炉效率:#1、2、3炉

8、:91.21%,#4、5炉:91.08%,飞灰可燃物增加值1%。锅炉汽温、汽压和出力与改造前一致,保证锅炉正常运行。炉膛内应无结渣、结焦和高温腐蚀。2.4.3.1本次改造采用烟台龙源公司的双尺度燃烧技术,双尺度燃烧技术是一种低NOx燃烧技术,同时兼顾防渣及锅炉效率,煤种适应性更宽。双尺度燃烧技术简单讲是炉内燃烧过程的空间尺度与过程尺度全方位优化的复合燃烧技术。2空间尺度:是指将炉内燃烧的三维空间在水平方向上分为近壁区和中心区两个区域,同时在垂直方向上分为两个氧化还原区。过程尺度:强调的是炉内燃烧过剩空气系数分布的差异化,使整个炉内的燃烧由集中扩散燃烧向分散、还原扩散燃烧方向优化。“低氮燃烧+S

9、CR”技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用广州发电厂有限公司张林摘要本文介绍了燃料燃烧过程中NOx的生成原理及控制技术,并以广州发电厂为例,详细阐述了低氮燃烧+SCR技术在220T/ H燃煤锅炉上的工程应用以及双尺度燃烧技术要点。分析了应用低氮燃烧+SCR脱硝技术来减少NOx排放的工艺流程和技术特点,为同类锅炉提供了借鉴,该方法适合对NOx排放标准严格的地区锅炉的改造工程。关键词燃煤锅炉低氮燃烧SCR脱硝 NOx370科技信息2.4.3.2燃烧系统改造为整体改造,改造范围主要包括主燃烧器部分和燃尽风部分。燃烧器纵向布置:燃烧器由下至上依次为下二次风、下一次风、中二次风(加装贴壁风、上一次风、上二次风

10、(加装贴壁风、下层三次风、上层三次风、高位燃尽风SOFA。燃烧器横向布置:在水平断面上,一次风射流在炉内形成300顺时针切园,二次风射流在炉内形成608逆时针切园,防结渣及降低NOx排放。一次风采用浓淡形式的射流形,浓淡分离采取分离式挡片装置,一次风喷口加装波纹形稳燃钝体。主燃区二次风喷口射流方向与一次风形成5o夹角。二次风采用偏转二次风系统,拉大上二次风与燃烬风喷口之间的距离,并增大其风量,以实现“风包粉”燃烧模式。三次风喷口加装内缩式稳燃波纹钝体,在三次风管上加装浓淡分离器,形成浓淡两相。浓侧在炉内右旋气流的向火侧,淡侧在背火侧一面形成风包煤粉的气流。2.4.3.3低NOx燃烧器改造后运行

11、效果:锅炉效率(%飞灰可燃物(%NOx (mg/Nm3#1炉改造前92.19 2.35 602改造后91.532.71349#2炉改造前92.352.05580改造后91.902.26319#3炉改造前92.102.23593改造后91.482.65320#4炉改造前91.362.37572改造后91.452.58302#5炉改造前91.362.52567改造后91.402.67290*注:NOx已折算到6%氧量从改造后效果来看,达到了改造目标,降低炉膛出口的NOx含量达40%以上。采用SCR技术能在低氮燃烧改造的基础上进一步降低NOx排放,使NOx排放浓度降低到<180mg/Nm3(6

12、%氧量,标准状态,以满足更高的环保要求。SCR脱硝技术适应性强,特别适合机组负荷变动频繁的特点。3考虑到SCR技术中催化剂的投入费用,改造时应根据实际情况选择催化剂的数量。SCR装置能在设计煤种及校核煤种、锅炉各工况下处理100%烟气量,且烟气温度在300420条件下持续、安全地运行。催化剂出口NOx的浓度不超过180mg/Nm3。氨气逃逸控制在3×10_6以下。尿素热解制氨系统:包括尿素存贮以及尿素溶液制备存储系统、尿素溶液过滤器、热解反应器系统、稀释风系统、尿素溶液的计量供给系统、蒸汽及冷凝系统、氨气的分配系统。尿素热解反应器:1#和2#锅炉公用一台,4#和5#锅炉公用一台,3#

13、锅炉设置一台。全厂公用一套尿素储存及尿素溶液制备系统。氨喷射器(氨/烟气喷射混合系统等。反应器系统(反应器本体、吹灰系统、压缩空气系统等。SCR反应器的核心是催化剂,采用以二氧化钛为基体的碱金属作为催化剂,形状为蜂窝式。其表面积为5001000m2/m3,在它的内表面上分布着由TiO2、V2O5等组成的活性中心。袋装尿素在尿素溶解罐中与除盐水混合制成50%的尿素溶液,经加热搅拌后,通过溶液输送泵送至尿素溶液储存罐储存备用。储存罐出口设置尿素给料泵,经管道送至热解反应器(热解炉,在反应器内与加压的热风反应热解成为氨气,再与稀释空气混合,通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中,充分混合后的还原剂

14、和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应,去除NOx。广州发电厂有限公司五台锅炉于2010年7月完成SCR系统改造,在锅炉运行满负荷时,SCR投运前NOx浓度平均为316mg/Nm3(6%氧量,标准状态,投运后NOx浓度能稳定控制在平均150mg/Nm3(6%氧量,标准状态以下,NH3逃逸浓度为2.8mg/Nm3,脱硝率为52.5%,优于设计指标。3、低氮燃烧加SCR脱硝技术总体效果炉号12345改造前mg/Nm3602580593572567改造后mg/Nm3145134149132130从该锅炉的运行效果看,低氮燃烧加SCR的综合脱硝率大于70%, NOx排放浓度小于150mg/Nm3

15、(6%氧量,干基,足以满足现行的环保要求。4、结论(1对220t/h普通煤粉锅炉,采用基于SOFA炉内双尺度低氮燃烧技术可实现NOx减排40%以上,SCR系统可实现NOx减排50%以上,其综合脱硝效率大于70%,最终NOx排放浓度低于150mg/Nm3,满足广州市的脱硝要求。(2目前,对于大多数老的普通煤粉锅炉,均未进行NOx减排改造。基于SOFA的炉内双尺度燃烧技术加SCR技术的联合成功应用,为同类锅炉提供了借鉴,该方法适合对NOx排放标准严格的地区锅炉的改造工程。参考文献1王奎武,陈爱萍.火电厂燃煤脱硝技术及其分析J.江苏电机工程,1999,18(3:20232广州发电有限责任公司5x22

16、0th锅炉低NOx燃烧系统优化改造项目设计说明书 R.20103张燕,仵忠.煤粉锅炉降氮脱硝技术比选及应用J.石油石化节能与减排,2011,(1,34要求。验收按照规定程序来完成,视情可以在供应商所在地进行,也可在采购方指定地点进行。对于整机和具有明确维修性要求的系统/设备必须在型号研制任务书或技术经济合同中明确规定维修性定量要求。同时要明确规定定量指标的含义、验证测定方法(包括试验条件、失效判据和统计试验方案等和考核方法。a系统维修性设计总结报告;b维修性验证及其分析评估报告;c维修性大纲实施报告;d用于该系统、设备维修的测试设备、维修工具、零备件、资料配套清单;e供应商供应的产品维修性鉴定报告;对维修保障的影响和协调性分析报告。3.4运营阶段的维修性监控内容飞机投入运营之后要定期跟踪和收集各运营人的维修性相关数据,如空勤组的报告、定期维修中发现故障的报告、预定维修的拆换报告、非预定维修的拆换报告、飞行中发动机的性能数据、抽样检查、机械故障引起的延误及中断飞行报告和发动机空中停车等,并对这些采集数据