低氮燃燒器與OFA加SNCR聯(lián)合脫硝技術(shù)

1、2011 科協(xié)論文低氮燃燒器、 OFA加 SNCR聯(lián)合脫硝技術(shù)在 2× 220t/h 煤粉爐的應(yīng)用伍力摘要：本文介紹了 低氮燃燒器、 OFA加 SNCR的聯(lián)合脫硝技術(shù)在 220t/h 煤粉鍋爐 的應(yīng)用，簡(jiǎn)述其技術(shù)特點(diǎn)和工藝流程 , 并通過試驗(yàn)測(cè)試了其脫硝率和對(duì)爐效率的 影響。該系統(tǒng)的投產(chǎn)為其以后的推廣做出了范例 。關(guān)鍵詞： 220t/h 煤粉爐 低氮燃燒器 OFA SNCR 脫硝1 前言2007 年我國火電廠排放的氮氧化物總量已增至 840 萬噸。據(jù)專家預(yù)測(cè)，若 無控制， 2020 年我國氮氧化物排放量將達(dá)到 3000 萬噸，氮氧化物帶來的大氣污 染將會(huì)越來越嚴(yán)重， 為了人類美好家園

2、，為了子孫后代的藍(lán)天白云， 必須控制氮 氧化物的排放。 我國早在 2003 年就出臺(tái)文件要求電廠脫硝， “十二五”期間節(jié) 能減排將增加“脫硝”這一約束性硬指標(biāo)。為此，廣州石化自備電站煤粉 爐開始實(shí)施脫硝技術(shù)改造。1.1 氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理在氮氧化物中， NO占有 90% 以上，二氧化氮占 5%-10% ，產(chǎn)生機(jī)理一般 有燃料型、熱力型和快速溫度型三種：熱力型 NOx燃燒時(shí)， 空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸a(chǎn)生，隨著反應(yīng)溫度 T的升高， 其反應(yīng) 速率按指數(shù)規(guī)律增加。快速型 NOx由于燃料揮發(fā)物中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻?CH 自由基可以和空氣中氮 氣反應(yīng)生成 HCN 和 N ，再進(jìn)一步與氧氣作用以極快

3、的速度生成， 在反應(yīng)區(qū)附近 會(huì)快速生成 NOx 。燃料型 NOx由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。在生成燃料型 NOx 過程中，首先是 含有氮的有機(jī)化合物熱裂解產(chǎn)生 N、CN、HCN和 等中間產(chǎn)物基團(tuán)， 然后再氧化成 NOx 。這三種類型的 NOx，其各自的生成量和煤的燃燒溫度有關(guān)，在電廠鍋爐中燃 料型 NOx是最主要的，占 NOx排放的 60%80%，熱力型其次，快速型最少。1.2 脫硝技術(shù)的分類目前脫硝技術(shù)分為燃燒前脫氮、燃燒過程中脫硝及燃燒后的煙氣脫硝。燃 燒前脫氮指燃燒前對(duì)燃料進(jìn)行脫氮處理，目前有生物脫氮技術(shù)、洗選等方 法。燃燒過程中脫硝指通過控制燃燒條件來減少 NOx的生成，主要有低

4、氧燃燒、 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)、分段燃燒技術(shù)、煤粉濃淡分離技術(shù)及低氮燃燒器技術(shù)等。 燃燒后的煙氣脫硝指對(duì)燃燒后生成煙氣進(jìn)行處理。 目前主要有液體吸收法、 微生 物法、活性炭吸附法、電子束法、 SCR和 SNCR法。SCR稱為選擇性催化還原技術(shù)， 技術(shù)成熟，設(shè)備投資高，脫硝效率達(dá) 80%90%， 設(shè)備占用空間較大，關(guān)鍵技術(shù)難度大，特別是對(duì)氨逃逸的控制難度大， 催化劑要 求高。SNCR稱為選擇性非催化還原技術(shù)， 技術(shù)成熟， 脫硝效率較低達(dá) 30%50%投資 少，占地少，工藝簡(jiǎn)單，多用于舊電廠改造。2 廣州石化自備電站煤粉鍋爐簡(jiǎn)介 （表 1 ）項(xiàng)目內(nèi)容鍋爐制造商武漢鍋爐廠 1990 年投產(chǎn)鍋爐類型WG

5、Z-220/9.8-13 高壓、 汽包、自然循環(huán)、 固態(tài)排渣煤粉 爐燃燒配置直流四角噴燃 每個(gè)角一、二次風(fēng)布置為 212212燃料類型煙煤假想切圓 522mm亞臨界或超臨界高壓 9.8Mpa鍋爐負(fù)荷220t/h鍋爐蒸汽溫度540給水溫度210排煙溫度134.2 鍋爐效率92.4%轉(zhuǎn)向室處氧濃度 （高溫省煤 器煙氣入口）4%低負(fù)荷下省煤器氧濃度5%現(xiàn)有 CO排放 30mg/m3CO 排放目標(biāo)50mg/m3現(xiàn)有飛灰含碳量1%-3%現(xiàn)有 SOx控制尾部煙氣半干法脫硫現(xiàn)有 SO2排放3 400 mg/Nm3現(xiàn)有 NOx 控制方法無NOx 排放3無控制 600-800 mg/Nm3表 1 、 廣州石化自

6、備電站煤粉鍋爐簡(jiǎn)介3 脫硝技術(shù)的選擇上表可看出 1#、2#煤粉爐在無脫硝技術(shù)的情況下， Nox排放為 600800mg/m3， 根據(jù)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) （GB13223-2003）規(guī)定，第一時(shí)段的煤粉爐 Nox < 650mg/m3，顯然廣石化煤粉爐多數(shù)處在 NOx超標(biāo)排放的情況。為了響應(yīng)“辦好亞 運(yùn)會(huì)、當(dāng)好東道主”的號(hào)召， NOx排放必須達(dá)標(biāo)。為此煤粉爐勢(shì)必要進(jìn)行脫硝改 造。在脫硝技術(shù)選擇方面，由于燃燒前脫氮要占用時(shí)間多、場(chǎng)地大，不便操作， 因此主要選擇燃燒過程中脫硝及燃燒后的煙氣脫硝的技術(shù)。 煙氣脫硝中 SCR的 技術(shù)占用空間大、投資大，雖然脫硝效率高，但其主要用于新建的電廠。

7、 最終廣石化選擇了低氮燃燒器、分段燃燒及SNCR技術(shù)相結(jié)合的脫硝路線。廣州石化地處廣州市， 而廣州市屬于環(huán)保要求的重點(diǎn)城市， 結(jié)合今后環(huán)保標(biāo) 準(zhǔn)的不斷嚴(yán)細(xì)，因此我們將本次 1#、 2#煤粉爐脫硝技術(shù)改造后 NOx的排放濃度 定在 240mg/Nm3（鍋爐負(fù)荷不低于 70%時(shí)） ；且改造后鍋爐熱效率不降低。 3.1 低氮燃燒器與 OFA鍋爐低氮燃燒改造包括兩個(gè)部分， 即低氮燃燒器改造和 OF（A Over Fire Air ： 燃盡風(fēng)，也稱為火上風(fēng)）改造。低氮燃燒器在現(xiàn)有的四個(gè)角的上、下層一次風(fēng)管 （共 8 個(gè)）進(jìn)行改造（見圖一）。圖中的煤粉分布盤對(duì)煤粉實(shí)現(xiàn)均勻濃縮作用， 另外低氮燃燒器噴口（共

8、 8 個(gè)）由于其外徑較小，只需放入原來的一次風(fēng)噴口， 并焊接加固即可。煤粉分布盤距低氮燃燒器噴口距離為 1650mm。其簡(jiǎn)圖見圖二。圖一、 低氮燃燒器改造示意圖圖二、煤粉分布盤和低氮燃燒器噴口簡(jiǎn)圖OFA空氣分級(jí)燃燒技術(shù)原理如圖三， 供給各燃燒器的空氣量控制在理論空氣 量的 90%左右，使煤粉在缺氧的燃燒條件 下燃燒，此時(shí)主燃燒區(qū)內(nèi)空氣過剩系數(shù) 為 0.90.95 ，在這一燃燒區(qū)域內(nèi)為還 原性氣氛，從而抑制 NOx的生成。之后 煙氣進(jìn)入還原區(qū)， 主燃區(qū)生成的 NOx 在 這一區(qū)域內(nèi)發(fā)生焰內(nèi)分解和還原，另一 方面，由于此處的空氣過剩系數(shù)較主燃 區(qū)稍高，促進(jìn)了碳的完全燃燒。為了完 成全部燃燒過程，完

9、全燃燒所需的空氣從燃燒器的上方噴入，與第一、 二階段的貧氧燃燒條件下的煙氣混合， 在空氣過 剩系數(shù) > 1 的條件下完成全部燃燒過程。由于整個(gè)燃燒過程所需空氣是分級(jí)供 入爐內(nèi)的，使整個(gè)燃燒過程分為兩級(jí)或兩級(jí)以上進(jìn)行，故稱為空氣分級(jí)燃燒。本次改造 OFA從各角總二次風(fēng)道引出，在標(biāo)高 17.8 米處通過 OFA噴口水平 進(jìn)入爐膛， 燃盡風(fēng)道設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量，風(fēng)道中布置柔性補(bǔ)償器，以保證鍋爐 本體鋼架不承受更多的載荷，并滿足膨脹要求；設(shè)置吊架，承受風(fēng)道載荷。 OFA 噴口角度為不可調(diào)節(jié)式，其噴口形成的假想切圓直徑為 1388mm，與燃燒器切圓 旋向相同， OFA噴口為八邊形，尺寸 352&#

10、215;495，單支 OFA 噴口面積 0.26m 2，如 圖四。圖四、 OFA 噴口及其布置簡(jiǎn)圖低氮燃燒改造后， 保留原有的二次風(fēng)口， 燃燒參數(shù)在總風(fēng)量和空氣溫度不變 的基礎(chǔ)上，進(jìn)行 OFA 調(diào)整，以達(dá)到低氮燃燒的目的。各風(fēng)量配比見表 2。項(xiàng)目風(fēng)量風(fēng)溫風(fēng)率噴口總面積3Nm3 / h%2 m一次風(fēng)乏氣送粉 70/溫風(fēng)送粉 <110300.70二次風(fēng)326401.48OFA326301.04表 2 、鍋爐燃燒用風(fēng)對(duì)比表3.2 SNCR 技術(shù)SNCR工藝是一個(gè)燃燒后的脫硝過程， 通過在鍋爐中噴入適量的尿素 / 氨水等 脫硝還原劑來去除 NOx的化學(xué)反應(yīng)過程。脫硝還原劑噴入爐膛溫度為 8501

11、250 的區(qū)域，在無催化劑作用下， NH3 或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的 NOx，反應(yīng)式如下：NH3為還原劑： 4 NH3 + 4NO + O 2 4N2 + 6H 2O尿素為還原劑： 2NO+CO(N2H) 2 + 1/2O 2 2N2+CO2+2H2O當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)， 由于氨的分解會(huì)使 NOx還原率降低，另一方面， 反應(yīng)溫 度過低時(shí)，氨的逃逸增加，也會(huì)使 NOx還原率降低。 SNCR技術(shù)中控制好氨的逃 逸是一項(xiàng)重要指標(biāo)， 若噴入的 NH3不充分反應(yīng)， 則逃逸的 NH3不僅會(huì)使煙氣中的 飛灰容易沉積在鍋爐尾部的受熱面上，而且煙氣中 NH3遇到 SO3會(huì)產(chǎn)生 NH4HSO4 易造

12、成空氣預(yù)熱器堵塞，并有腐蝕的危險(xiǎn)。 SNCR的工藝流程圖見圖五。尿素 / 氨 水溶液還原劑 （下面簡(jiǎn)稱還原劑）從儲(chǔ)罐底部流出經(jīng)離心泵泵打至計(jì)量模塊，其 間有一路循環(huán)管， 通過循環(huán)管調(diào)節(jié)閥來控制進(jìn)入計(jì)量模塊的溶液量。 計(jì)量模塊布 置在鍋爐前墻 22.40m 層現(xiàn)有鍋爐平臺(tái)上，經(jīng)過計(jì)量后的還原劑溶液進(jìn)入分配模 塊，分配裝置將這些藥劑分送給 6 個(gè)噴槍。噴槍用于霧化溶液并將其噴入爐膛， 霧化風(fēng)機(jī)提供的一定壓力和流量的空氣作為包裹攜帶風(fēng)將霧化后的還原劑液滴 噴入爐膛。20 %濃度氨水/ 尿素氨水/ 尿素管路計(jì)量模塊圖五、 SNCR工藝流程示意圖本次 SNCR 改造提出了氨水和尿素兩個(gè)方案， 主要原因是

13、因?yàn)閺V石化自產(chǎn)氨 水，能降低生產(chǎn)成本并可以直接通過管道引入，但在改造后調(diào)試期間， 經(jīng)過反復(fù) 試驗(yàn)，氨水溶液都達(dá)不到預(yù)期的脫硝效果，原因是氨水溶液的氨容易蒸發(fā)， 注射 到爐膛內(nèi)迅速轉(zhuǎn)為氣態(tài)， 由于氣態(tài)的氨很難穿透煙氣， 與煙氣的混合程度遠(yuǎn)不如 尿素溶液的穿透力和混合度，并且尿素是一種無毒、低揮發(fā)的液體 ,在運(yùn)輸和儲(chǔ)存方面比氨更加安全。于是改用尿素方案，并將原來的 6支噴槍改為 3 支噴槍， 每支噴槍的流量比原來略為增大。4 效果測(cè)試 為評(píng)估本次脫硝改造的效果，廣州石化特委托西安熱工院進(jìn)行了改造 前、后的性能測(cè)試。4.1 測(cè)試目的在燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)， 最大額定工況連續(xù)運(yùn)行 7 天，脫硝改造性能是否達(dá)

14、到如 下標(biāo)準(zhǔn)：SNCR裝置出口煙氣 NOx濃度降低到 <240mg/Nm（3 鍋爐負(fù)荷不低于 70% 條件下測(cè)試），且在煙氣中 NOx 濃度為 600-800 mg/Nm3 時(shí)，綜合降氮 脫硝率不小于 60%。在保證上述測(cè)試時(shí)，氨逃逸量 <10L/L 脫硝改造后，鍋爐熱效率不降低。4.2 試驗(yàn)工況安排試驗(yàn)分三個(gè)階段進(jìn)行，分別為：改造前：鍋爐反平衡熱效率試驗(yàn)及 NOx、O2 濃度試驗(yàn)； 改造后：低氮燃燒工況下（不投 SNCR 時(shí)）鍋爐反平衡熱效率和 NOx 排放濃度。改造后：低氮燃燒和投 SNCR 工況下鍋爐反平衡熱效率、總脫硝效率和 氨（NH3）逃逸濃度。每個(gè)階段分別有 3 個(gè)工況

15、：正常負(fù)荷（ 190t/h）、 100%鍋爐負(fù)荷（ 220t/h）、 摻燒瓦斯工況（ 190t/h）。4.3 測(cè)試項(xiàng)目及方法煙氣 NOx 和 O2 濃度在鍋爐空氣預(yù)熱器出口取煙氣除濕冷卻后后接入 NGA2000 型煙氣分析儀分3NOx (mg / Nm3)析煙氣中的 O2、NO。煙氣中 NOx 的濃度計(jì)算方法如下：NO( L/L) 2.05 21 60.95 21 O2鍋爐效率鍋爐效率依據(jù) GB10184-88 電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程 ，采用反平衡法進(jìn)行計(jì)算，熱損 失主要包括： 排煙熱損失 q2、化學(xué)未完全燃燒熱損失 q3、固體未完全燃燒熱損失 q4、 散熱損失 q5 及灰渣物理熱損失 q6。主

16、要記測(cè)項(xiàng)目有煤質(zhì)取樣及分析，排煙溫度 及煙氣成份測(cè)量，飛灰、爐渣取樣及分析氨逃逸濃度測(cè)試在高溫空預(yù)器入口截面選取 4 個(gè)代表點(diǎn)作為 NH3 取樣點(diǎn)。氨逃逸樣品采用 美國 EPA 制訂的 CTM-027 標(biāo)準(zhǔn)以化學(xué)溶液法采集， 并記錄所采集的干煙氣流量 和 O2 濃度。通過分析樣品溶液中的氨濃度，并根據(jù)所采集的煙氣流量和O2，計(jì)算各采集點(diǎn)處煙氣中干基 NH3 濃度。4.5 1# 爐試驗(yàn)結(jié)果（ 2#爐同，略）NOx 排放濃度及 NH 3逃逸濃度脫硝改造前、后， 1#爐各工況的 NOx 排放濃度測(cè)量結(jié)果匯總于表 3。改造 前 NOx 排放濃度約 591632mg/Nm3 ，改造后不投運(yùn) SNCR 時(shí)

17、可控制到約 249281mg/Nm3，投運(yùn) SNCR 后進(jìn)一步降低到約 221237mg/Nm3，整體脫硝效 率達(dá)到 61.6%。SNCR系統(tǒng)的平均脫硝率為 14.2%，平均 NH 3逃逸濃度為 2.4 L/L 。 NOx 排放濃度和氨逃逸濃度均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。1#爐負(fù)荷及燃料工況號(hào)O2NOx脫硝率NH3%mg/Nm36%O 2%L/L改造前190t/h，純燒煤T-014.6591-190t/h，摻燒瓦 斯T-024.6571-220t/h，純燒煤T-035.2632-改造后， 不投 SNCR190t/h，純燒煤T-02-13.826854.7-190t/h，摻燒瓦 斯T-01-23.32495

18、6.4-220t/h，純燒煤T-03-14.228754.6-改造后， 投 SNCR190t/h，純燒煤T-02-23.422162.64.51190t/h，摻燒瓦 斯T-01-13.523059.70.93220t/h，純燒煤T-03-24.023762.51.80平均61.62.41表 3、改造前、后測(cè)試各工況 NOx 排放濃度及 NH3 逃逸濃度4.6 鍋爐效率1#爐改造前、后爐效率試驗(yàn)表見表 4、表 5。匯總后見表 6?？煽闯雠艧煖?度相差不大，飛灰可燃物略有升高， 爐渣可燃物有所降低。改造前全燒煤工況平 均鍋爐效率為 91.67%，改造后全燒煤且投運(yùn) SNCR 工況平均鍋爐效率為 9

19、1.76% （其中 SNCR 尿素溶液噴入的水分造成的熱損失約為 0.23%）。改造后全燒煤工 況鍋爐效率增加 0.09 個(gè)百分點(diǎn)。滿足 “鍋爐熱效率不降低 ”的性能保證值，測(cè)試 合格。項(xiàng)目單位1#爐改造前效率計(jì)算工況編號(hào)T-01（190t/h， 純燒煤）T-02 （ 190t/h ，摻 燒瓦斯）T-03（220t/h，純 燒煤）煤質(zhì)分析Car%49.8349.8347.00Har%3.103.102.74Oar%8.568.567.20Nar%0.830.830.77Sar%0.810.810.61Mt%13.7013.7012.30Aar%23.1723.1729.38Vdaf%37.84

20、37.8438.97Qnet,arkJ/kg192101921017760排煙氧含量%4.654.565.16排煙溫度149.25154.50156.50飛灰可燃物含量%2.02.11.6爐渣可燃物含量%5.56.54.7排煙熱損失 q2%6.106.306.78化學(xué)未完全燃燒熱損失 q3%0.000.000.00固體未完全燃燒熱損失 q4%0.981.081.09散熱損失 q5%0.880.880.75灰渣物理熱損失 q6%0.200.210.29熱損失總和%8.168.478.90鍋爐熱效率%91.8491.5391.10修正后鍋爐熱效率%92.0291.6991.30表 4、1# 爐改造

21、前效率項(xiàng)目單位1#爐改造后效率計(jì)算工況編號(hào)改造后不投 SNCR改造后投 SNCRT-02-1T-03-1T-01-2T-01-1T-02-2T-03-2工況說明190t/h， 純煤220t/h， 純煤190t/h，摻瓦斯190t/h， 純煤220t/h，純煤190t/h，摻瓦斯煤質(zhì)分析Car%48.3351.5951.5951.5948.3351.59Har%3.133.523.523.523.133.52Oar%9.429.339.339.339.429.33Nar%0.850.940.940.940.850.94Sar%0.510.460.460.460.510.46Mt%11.2010.

22、2010.2010.2011.2010.20Aar%26.5623.9623.9623.9626.5623.96Vdaf%38.1538.2938.2938.2938.1538.29Qnet,arkJ/kg181501971019710197101815019710排煙氧含量%3.764.243.553.303.443.95排煙溫度141.91151.76150.67147.67141.76154.41飛灰可燃物含量%4.42.62.22.63.52.2爐渣可燃物含量%1.41.50.92.81.50.3排煙熱損失 q2%5.696.416.396.205.506.37化學(xué)未完全燃燒熱損失 q

23、3%0.000.000.000.000.000.00固體未完全燃燒熱損失 q4%2.111.030.881.091.690.86散熱損失 q5%0.860.740.880.860.840.75灰渣物理熱損失q6%0.240.210.210.210.240.21熱損失總和%8.908.408.368.378.278.19鍋爐熱效率%91.1091.6091.6491.6391.7391.81修正后鍋爐熱效 率%91.3491.9092.0091.8091.6991.81表 5、 1#爐改造后效率計(jì)算1#爐負(fù)荷及燃料實(shí)測(cè)排煙溫度修正排煙溫度氧量飛灰可燃物爐渣可燃物SNCR 水分 熱損 失鍋爐效率效率變化平 均 效 率 變 化%190t/h，純燒煤149.3147.84.652.005.45092.02-改造前220t/h，純燒煤156.5156.35.161.594.70091.30-190t/h，摻燒瓦 斯154.5152.84.562.146.51091.69-改造后， 不投 SNCR190t/h，純燒煤141.9145.23.764.381.42091.34-0.68-220t/h，純燒煤1