浅析300MW循环流化床锅炉低氮氧化物排放技术--中国期刊网

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浅析300MW循环流化床锅炉低氮氧化物排放技术

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：罗家枢

[导读] 摘要：本文根据循环流化床锅炉NOX生成机理和循环流化床锅炉低氮燃烧理论，浅析某公司300MW循环流化床锅炉应用低氮燃烧、烟气脱硝等技术控制烟囱氮氧化物排放量在40mg/Nm3以下，满足超低排放要求。

        （广东粤电云河发电有限公司广东云浮 527300）
        摘要：本文根据循环流化床锅炉NOX生成机理和循环流化床锅炉低氮燃烧理论，浅析某公司300MW循环流化床锅炉应用低氮燃烧、烟气脱硝等技术控制烟囱氮氧化物排放量在40mg/Nm3以下，满足超低排放要求。
        关键词：循环流化床；氮氧化物；燃烧；脱硝；超低排放
        0引言
        2018年，我国能源消费总量46.4亿吨标准煤，煤炭消费量占能源消费总量的59.0%。煤炭燃烧过程排放大量NOX到大气，给生态环境带来巨大的压力[1]。发展清洁燃烧技术，超低污染物排放是火电技术发展的必然。近年来，循环流化床锅炉以宽广的燃料适应性、高效的燃烬效率、优秀的环保排放等优越性，得到认同并迅速发展[2]。
        1锅炉概况和存在问题
        1.1锅炉概况
        某公司300MW循环流化床锅炉采用循环流化床燃烧方式，是亚临界中间再热，单锅筒自然循环、平衡通风、岛式布置循环流化床锅炉。一次风作为流化风，经过一次风室、水冷布风板及大直径钟罩式风帽均匀布风，进入炉膛使物料流化形成富燃料区，调整床温约880℃。二次风跟随氧量分别在前后墙分三层和两层进入稀相区调整炉内温度场分布。煤炭在流化状态下在炉内循环燃烧，气固混合物切向进入高温绝热旋风分离器，在离心力作用下烟气与循环物料分离。烟气进入尾部烟道，经除尘和脱硫后由烟囱排到大气，固体物料进入气力式自平衡型回料阀输送回炉膛循环燃烧。
        1.2存在问题
        某公司300MW循环流化床锅炉在旋风分离器水平烟道中布置SNCR脱硝工艺，在燃用偏离设计的印尼煤时，锅炉床温高，一次风量大，运行氧量高，还原氛围低，脱硝效率低。当负荷波动时，氮氧化物排放超标，不能满足日益苛刻的环保要求。
        2氮氧化物生成
        氮氧化物生成机制复杂，燃料在燃烧过程中生成的氮氧化物主要有热力型NOX、燃料型NOX和快速型NOX[3]。
        氮气在温度很高氛围下被活化获得活化能生成热力型NOX。在高温氛围下，随着温度升高，氮气内能迅速升高，热力型NOX生成量显著增加。循环流化床燃烧是约880℃的低温燃烧，氮气未被活化，热力型NOX生成量可忽略不计。
        煤炭受热后挥发分析出和爆裂，含氮元素的物质与燃料分离后获得活化能氧化生成燃料型NOX。过程是燃料N先后在燃烧过程中受热获得活化能后合成的中间产物后进一步燃烧生成NOX。燃料型NOX受床温、床压、氧量、配风、配煤等的影响，燃料型NOX占氮氧化物生成总量甚至达到95%。
        循环流化床锅炉在密相区因为缺氧燃烧而形成富燃料区，密相区中CH原子团密度剧增，获得活化能后与氮气反应生成的中间产物被氧化产生少量快速型NOX，占氮氧化物生成总量5%以下。
        3低氮氧化物排放技术
        300MW循环流化床锅炉根据氮氧化物生成机理分析，应用低氮燃烧技术和烟气脱硝技术可降低氮氧化物排放。

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        3.1低氮燃烧技术
        3.1.1分级送风
        300MW循环流化床锅炉将分一次风、二次风送入炉膛，一次风进入密相区充分流化形成富燃料区，二次风进入稀相区补充空气供给。实行空气分级燃烧后，密相区缺氧燃烧产生的CO等还原性气体和焦炭对NOX的还原作用[4]，燃料氮的氧化反应缓慢，NOX还原性热解反应显著增强。
        3.1.2循环燃烧
        循环燃烧是将煤炭燃烧过程分大颗粒物料内循环和小颗粒物料外循环进行。挥发分在密相区中析出并部分燃烧；小颗粒煤炭和其余挥发分在稀相区以及循环回料区燃烧。由于循环燃烧显著增加燃料燃烧时间，还原性气体和悬浮焦炭营造出还原氛围和弱还原氛围，NOX生成量较低，部分NOX被还原性热解。
        3.1.3低氧燃烧
        流化风量保持不变时，NOX的生成量随氧量的降低而降低[5]，300MW循环流化床锅炉应用低温循环燃烧技术，当氧量在2%左右的较低水平时，燃烧效率、厂用电率、NOX排放量等综合表现最佳。
        实践证明，300MW循环流化床锅炉通过应用低氮燃烧技术，科学配煤、配风，保持适当床温、床压，SCR反应器入口NOX控制在200mg/Nm3以下。
        3.2烟气脱硝技术
        目前，主流烟气脱硝技术有SNCR选择性非催化还原脱硝和SCR选择性催化还原脱硝 [6]。
        SNCR工艺在旋风分离器水平烟道中喷入尿素热分解为氨气，选择性地把NOX还原为氮气和水。由于脱硝效率较低，300MW循环流化床锅炉原SNCR工艺作定期保养保留应急备用。
        某公司300MW循环流化床锅炉在2020年超低排放改造时省煤器改造为高温、低温省煤器，在高温、低温省煤器之间布置SCR脱硝工艺。尿素溶液催化水解系统制取氨气后经稀释风稀释均匀喷入烟道与烟气充分混合，蜂窝式钒钛钨催化剂催化还原脱硝，烟气脱硝效率在85%以上，烟囱NOX排放量在40mg/Nm3以下，满足低氮氧化物环保排放的要求。
        4结语
        超低排放改造后，某公司300MW循环流化床锅炉通过应用分级送风、循环燃烧、低氧燃烧、低温燃烧等循环流化床清洁燃烧技术控制SCR反应器入口NOX在200mg/Nm3以下，同时新增SCR烟气脱硝工艺，保留原有SNCR工艺应急备用，控制烟囱NOX排放量在40mg/Nm3以下，实现300MW循环流化床锅炉低氮氧化物排放，创造可观的经济收益和社会效益，为同类循环流化床锅炉进一步优化设计和运行维护提供宝贵经验。
        参考文献：
        [1]肖宇，彭子龙，何京东，等.科技创新助力构建国家能源新体系[J].中国科学院院刊，2019，034（004）：385-391.
        [2]刘勇先.1025t/h循环流化床锅炉仿真模拟[D].重庆大学，2007.
        [3]朱皑强，芮新红合.循环流化床锅炉设备及系统[M].中国电力出版社，2008.
        [4]柯希玮，蔡润夏，杨海瑞，等.循环流化床燃烧的NOx生成与超低排放[J].中国电机工程学报，2018，038（002）：390-396.
        [5]王恩禄，张海燕，罗永浩，等.低NOx燃烧技术及其在我国燃煤电站锅炉中的应用[J].动力工程，2004（01）：27-32.
        [6]齐书芳，左朋莱，王晨龙，高佳佳，张晓曦，佟莉，丁永华，岳涛.我国火电厂大气污染防治现状分析[J].中国环保产业（7期）：46-50.