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低氮燃燒與選擇性催化還原脫硝技術在煤粉鍋爐上的應用

文檔作者：趙曉強，任恒昌，朱焱松，聶常貴文檔來源：中國石油克拉瑪依石化公司熱電廠		點擊數：	更新時間： 2025年04月23日
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2015年10月第38卷第5期矢缸儆Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry0ct．2015V01．38 No．5低氮燃燒與選擇性催化還原脫硝技術在煤粉鍋爐上的應用趙曉強，任恒昌，朱焱松，聶常貴(中國石油克拉瑪依石化公司熱電廠，新疆克拉瑪依834003)摘要：介紹某熱電廠130t／h四角切圓燃燒鍋爐利用選擇性催化還原技術(SCR)與低氮燃燒技術相結合進行煙氣脫硝改造，使得NO，排放濃度達到最新環保標準，運行結果達到預期目標。關鍵詞：煤粉鍋爐低氮燃燒選擇性催化還原脫硝NO。排放針對電廠污染物排放標準的不斷升級．燃煤鍋爐排放出的氮氧化物(NO，)成為電廠煙氣的重要污染物。按照國家環保部出臺的《火電廠大氣污染物排放標準》，電廠鍋爐NO。排放濃度(干煙氣，0：含量6％。下同)不得超過[1-6]100 mg／m3。為使鍋爐NO。排放濃度達標，現需對早期投運的鍋爐進行改造[4-n]。根據環境保護部下發的火電廠氮氧化物防治技術路線要求．其主要措施是增設鍋爐尾部煙氣脫硝裝置．采用選擇性催化還原技術(SCR)，或者選擇性非催化還原技術(SNCR)。同時采用低氮燃燒技術抑制NO。的大量產生…。以某熱電廠4臺130t／h四角切圓燃煤蒸汽鍋爐為例．通過增加SCR反應器和低氮燃燒技術相結合的方式進行鍋爐煙氣脫硝．取得良好效果．為同類鍋爐脫硝改造提供參考。1低氮燃燒器改造低氮燃燒器采用水平濃淡燃燒、低氧燃燒及分級燃燒技術降低鍋爐燃燒后煙氣中的NO：排放。1．1水平濃淡燃燒技術水平濃淡燃燒是一次風采用水平濃淡分離燃燒器．在一次風煤粉風室設置水平濃淡分離裝置．使流過的煤粉氣流在水平方向上形成濃淡兩股氣流．濃煤粉在向火側，淡煤粉在背火側。濃氣流由于煤粉濃度高，著火熱大大降低，析出的揮發物濃度大．煤粉快速著火使其周圍氧濃度迅速降低．大大抑制揮發分NO：生成；而淡煤粉在背火側與二次風配合在爐膛周圍形成氧化性氣氛．可以起到防止爐膛結焦的作用[1．2．4-"。本項目為最大限度實現濃淡燃燒，燃燒器主燃區一、二次風采用大小切圓布置來有效控制爐膛出口煙溫偏差。主燃燒區的安裝切圓設計方式可以在爐內形成“風包粉”的燃燒效果，一方面可以保證穩定燃燒．另一方面又能降低水冷壁高溫腐蝕風險。1．2分級燃燒技術分級燃燒是在燃料燃燒過程的第一階段．將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總燃燒空氣量的70％～75％(相當于理論空氣量的80％)．使燃料在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。此時一級燃燒區過量空氣系數Ol小于1。通過過量空氣系數有效降低了燃燒區內的燃燒速度和溫度。因此．不但延遲了燃燒過程．而且在還原性氣氛中降低了生成NO：的反應率，抑制了NO。的生成。使得煤中大部分N元素轉化為N，。為了完成燃料的全部燃燒過程．完全燃燒所需的其余空氣則通過布置在主燃燒器上方的SOFA風噴口送人爐膛．與上一級燃燒區“貧氧燃燒”條件下所產生的煙氣混合．在O／大于1的條件下完成全部燃燒過程[4-7]。本項目為收稿日期：2015—04—27；收到修改稿日期：2015—06—27。作者簡介：趙曉強，男，滿族，1983年9月出生，工程師，碩士，2010年畢業于西安交通大學熱能工程專業．現在中石油克拉瑪依石化有限責任公司熱電廠工作。聯系電話：15299794225：E—mail：zxqksh@petrochina．eom．1211。萬方數據第5期 趙曉強等．低氮燃燒與選擇性催化還原脫硝技術在煤粉鍋爐上的應用 323了深化分級燃燒．增加了2層SOFA風噴口．各風噴口開度由電動執行機構控制。可根據爐內工況變動上下、左右擺動調整角度。SOFA風噴口可上下擺動±30。．用來調整爐內火焰中心位置．以調整主汽溫及煤粉燃盡率：左右擺動±150，用來調整爐膛出口的煙氣旋轉動量矩．以調整主汽溫及爐膛出口煙溫的左右側偏差。1．3低氧燃燒技術低氧燃燒是在煤粉燃燒全過程中嚴格控制氧濃度在合理范圍．在不影響煤粉燃燒速率的前提下．不但可以提高著火初期火焰溫度，強化燃燒，改善燃燒效率，而且還可以實現NO：排放的最低化和燃燒效率的最大化。本項目通過冷熱態調試，最終確定鍋爐在運行過程中煙氣中氧含量為2．5％。4％時效果最佳。1．4低氮燃燒器改造效果低氮燃燒器改造完成后．4臺鍋爐的性能全部得到有效保證。低氮燃燒器改造后爐膛出t3(即SCR反應器人口)煙氣NO。濃度為250。350mg,／m3，平均脫硝效率達到60％．比設計值提高近18％，鍋爐熱效率提高約l％。此外，鍋爐四角燃燒器及爐膛水冷壁未出現大量結焦、結渣、爐渣含碳量大幅增加、排煙溫度明顯變化等問題。低氮燃燒器的成功改造使得爐膛出口NO。達到預期目標，為后續的選擇性催化還原法脫硝技術奠定了基礎。低氮燃燒器改造后檢測見表1。表1低氮燃燒器改造前后相關數據2 SCR法脫硝改造2．1 SCR脫硝技術在鍋爐煙氣脫硝技術中。SCR技術是脫硝效率最高，最為成熟的脫硝技術，其Nq的脫除率可達到80％～90％．多數國家已推廣應用。SCR技術具有反應溫度較低、催化劑不含貴金屬、使用壽命長等優點，還原劑(NH，、尿素)在催化劑作用下，選擇性的與NO。反應生成氮氣和水，而不是被O：所氧化。主要反應式hs-m!(1l式(1)和(2)：4NH3+4NO+02-*4N2+6H20 (1)4NH3+2N02+02—'3N2+6H20 (2)由于煙氣中95％以上的NO，是以NO形式存在的．所以上述反應結果必然使得煙氣中絕大多數NO。被反應掉。另外，由于煙氣成分復雜性和氧的存在．伴隨著氨對NO：還原的主反應還會發生一系列副反應并生成相應產物。可以作為SCR反應還原劑的有NH，、CO、H：，還有甲烷、乙烯等。其中以NH，作為還原劑時，NO的脫除效率最高，由于本企業生產脫硝需用的液氨．加之熱電廠脫硫裝置采用了氨法脫硫工藝．因此，該項目選擇液氨作為還原劑。不但可以降低脫硝成本、方便管理，而且還降低其他還原劑運送風險。2．2 SCR反應器采用目前國內外脫硝效率最高、最為成熟的SCR脫硝技術進行爐膛出1：3煙氣脫硝[10-11]．根據國內外各大、小煤粉鍋爐SCR法進行脫硝改造的成功經驗．確定該項目SCR催化劑采用2+1層的布置方式．其中2層投用、l層作為備用，系統不設置反應器旁路。考慮到該熱電廠燃用煤種來自不同煤礦，其煤質穩定性差，煤質變形溫度、軟化溫度、熔化溫度相近．灰分大等特性，同時結合4臺鍋爐長周期運行特點，通過比較分析．選用耐磨性能好、抗熱沖擊、熱穩定及機械性能好、抗煙氣沖刷能力強、吹灰頻率低、SO：轉化率低、壓力損失小、不易被粉塵污染、脫硝效率比較高的平板式催化劑。作為本項目催化劑。2．3改造結果項目改造投運后，4臺鍋爐煙氣出口NO：排放濃度在25～70mg／m3．完全達到環保要求，一次性順利通過環保部門的驗收。各臺鍋爐的煙氣出口萬方數據324 Z冱翻 2015年第38卷氨逃逸量小于2．5 mg／m3，SO：向SO，轉化率小于1％．單層催化劑壓降在0．4kPa以內．總壓控制在1．4kPa內．系統漏風率小于0．4％。SCR反應器主要參數實現自動控制．重點排放指標和檢測數據實現在線檢測，關鍵設備啟停、關鍵閥門開啟、調節等實現DCS控制．系統必需的聯鎖保護正常投用。整套系統滿足鍋爐運行期間不同工況下實現自控，系統的啟動、正常運行監控和事故處理基本實現自動化。3改造效果及問題3．1改造效果項目實施后達到預期效果，NO。排放濃度在70mg／m3以下。鍋爐熱效率提高約1％．排煙溫度明顯降低，主汽溫度顯著提高。系統自控及聯鎖全部平穩投用．改造后各臺鍋爐的關鍵參數見表2。表2 SCR反應器投運數據項目 =署黜xl髓0-6mg ( ·。) m ’篙I牽舭／Pa劑轉囂％漏陴％焉囂主汽蝴嘴煙跏℃聯鎖投退 壓 轉化率。％ 一 可用率，％ …。。一。。 一一。 。‘一l。爐 35 0．5 92 0．5 O．25 92 436 152 正常、穩定909l92435439440150 正常、穩定148 正常、較穩定152 正常、穩定注：表中數據是多次測量計算的平均值。3．2存在的問題脫硝改造完成后．仍然存在一定問題需要進一步解決。4一爐SCR反應器溫度盡管控制在410℃范圍以內．但是相對其他鍋爐偏高．分析其原因在于燃盡風及燃燒器安裝標高較高．導致火焰燃燒中心較高．另外鍋爐尾部受熱面吸熱能力較差影響反應器溫度。盡管通過燃盡風和吹灰器控制．但不是很理想，需進一步探討解決。4結束語采用低氮燃燒器與SCR選擇性還原法同時進行鍋爐煙氣脫硝．取得了良好效果。證明利用上述兩種技術結合．可以在小型中壓鍋爐上有效降低煙氣NO，排放，達到環保標準，為尚未進行改造或者正在準備進行脫硝改造的企業提供借鑒。參考文獻[1]戴成峰，應明良，潘國清，等．四角切圓燃燒鍋爐低氮燃燒改造及其效果分析[J]．能源技術經濟，2012，24(6)：47—51．[2]關濤，彭志剛．鍋爐燃燒器低NO；改造效果分析[J]．電站系統工程，2009．26(2)：3l一33．[3]朱法華．王圣，孫雪麗．等．氮氧化物控制技術在電力行業中的應用[J]．中國電力，201l，44(12)：55—59．[4]應明良，戴成峰，胡偉鋒，等．600 MW機組對沖燃燒鍋爐低氮燃燒改造及運行調整[J]．中國電力，201l，44(4)：55—58．[5]饒金華，萬清燕．220 t／h鍋爐低氮燃燒器改造研究[J]．江西科學．2011．29(5)：621—625．[6] 周新雅．大型燃煤電站鍋爐低氮燃燒技術分析及應用策略[J]．華東電力，2003，3l(10)：6-11．[7]王熱，郭春源，王伍泉．利用“雙尺度”燃燒技術進行燃燒器改造[J]．華北電力技術，2011(1)：4l一44．[8]羅志剛，陳志軍，蔣名樂．火電廠煙氣脫硝技術探析[J]．北方環境，2013，29(5)：103—106．f9] 茅國慶，孟令航，莊亞洲．平板式脫硝催化劑應用于燃煤電廠的優勢[J]．華北電力技術，2013，34(2)：87—90．[10]陳崇明，宋國升，鄒斯諧．SCR催化劑在火電廠的應用[J]．電站輔機．2010，3l(4)：14—17．『11]朱林．吳碧君，段玖祥，等．SCR煙氣脫硝催化劑生產與應用現狀[J]．中國電力，2010，42(8)：61—64．APPLICATION OF LOW NITROGEN COMBUSTION TECHNOLOGYAND SCR DE—NOX IN COAL—FIRED BOILERZhao Xiaoqiang，Ren Hengchang，Zhu Yansong，Nie Changgui(PetroChina Karamay Petrochemical Co．，Karamay 834003)Abstract：Low nitrogen combustion technology and SCR De-NO；technology which were used to re—move NO。from boiler fluegasin a 130t／h coal-fired boiler，were introduced．To achieve the latest environ—mental protection standard of NO，emission，the system of de-NO，was operated．The desired goal of de-NO。from boiler flue gas could be completely reached．Key words：coal—fired boiler；low nitrogen combustion technolo

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