小型循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝環(huán)保改造兩步法應(yīng)用及探討

發(fā)布時(shí)間:2016-08-01   來(lái)源:清潔高效燃煤發(fā)電

  摘要:由于循環(huán)流化床(CFB)鍋爐特有的結(jié)構(gòu)和燃燒方式,其氮氧化物排放低于其它爐型,有清潔爐型之稱,但隨著煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高,其氮氧化物的排放已不能滿足新的排放需要。選擇性非催化還原法(SNCR)工藝+低氮燃燒(LNB)脫硝技術(shù)具有投資費(fèi)用少、運(yùn)行成本低、鍋爐改造范圍小等優(yōu)勢(shì),而CFB鍋爐具有煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)、便于還原劑在爐內(nèi)混合等特點(diǎn),該脫硝改造兩步法在小型循環(huán)流化床鍋爐脫硝改造中被廣泛應(yīng)用。本文以75t/h循環(huán)流化床鍋爐為模型,并采用環(huán)保性較高的尿素作為脫硝還原劑,通過(guò)低氮燃燒(LNB)+SNCR工藝兩步法脫硝技術(shù)改造方式,進(jìn)一步提高脫硝效率,并對(duì)鍋爐進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)以提高其出力,最終使煙氣中NOx排放達(dá)到新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。主要從實(shí)施背景、技術(shù)路線、疑難問(wèn)題解決及改造后的效果分析、存在問(wèn)題等進(jìn)行分析探討。

  關(guān)鍵詞:循環(huán)流化床鍋爐;選擇性非催化還原法+低氮燃燒;脫硝改造;效果分析;

  1項(xiàng)目實(shí)施背景及鍋爐設(shè)備現(xiàn)狀

  1.1實(shí)施改造背景

  2011年7月份,國(guó)家環(huán)保部聯(lián)合國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合下發(fā)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011),該標(biāo)準(zhǔn)要求“現(xiàn)有火力發(fā)電CFB鍋爐及2003年12月31日建成投產(chǎn)或通過(guò)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書審批的火力發(fā)電CFB鍋爐執(zhí)行NOX的排放限值為200mg/Nm3,并2015年7月1日前完成達(dá)標(biāo)排放改造任務(wù)。為全面落實(shí)該標(biāo)準(zhǔn)要求,江蘇、山東、浙江等地區(qū)率先開始并且制定了更加嚴(yán)格的地方排放標(biāo)準(zhǔn)以及整改行動(dòng)計(jì)劃,全國(guó)逐漸掀起脫硫、脫硝、除塵提標(biāo)改造風(fēng)暴。

  1.2眾誠(chéng)熱電鍋爐設(shè)備現(xiàn)狀

  眾誠(chéng)熱電隸屬于合肥熱電集團(tuán)旗下子公司,現(xiàn)有五臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐,均為75t/h,裝機(jī)容量33MW,承擔(dān)合肥市中部及西南政務(wù)片區(qū)集中供暖、熱水及發(fā)電任務(wù)。一期鍋爐(1#、2#爐)為濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)并于2005年建成投產(chǎn),二期鍋爐(3#,4#,5#爐)為無(wú)錫華光鍋爐,2009年建成投產(chǎn)。一期鍋爐配套除塵器為四電場(chǎng)靜電除塵器,后于2008年進(jìn)行電袋復(fù)合改造,除塵效率>99.3%;二期鍋爐配套除塵器為袋式除塵器,除塵效率高達(dá)99.97%,一、二期鍋爐粉塵排放數(shù)值均小于30mg/Nm3。燃燒煤質(zhì)為低硫分優(yōu)質(zhì)煤(一般硫分在0.4%以下),脫硫采用石灰石爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù),硫氧化物排放值(折算后)低于100mg/Nm3,滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。而目前主要面臨的問(wèn)題是一期鍋爐運(yùn)行近10年,設(shè)備不斷老化,帶負(fù)荷能力逐漸下降,1#,2#最高負(fù)荷約60-62t/h左右,且在冬供大負(fù)荷生產(chǎn)期間氮氧化物不可控制,一般排放數(shù)值達(dá)300~450mg/Nm3,而面對(duì)新版《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)NOX≤200mg/Nm3的要求,將無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放,因此實(shí)施脫硝及鍋爐性能指標(biāo)提升改造任務(wù)迫在眉睫。

  2改造技術(shù)路線與主要內(nèi)容

  2.1技術(shù)線路

  通過(guò)對(duì)不同的脫硝方式進(jìn)行分析和比較后,眾誠(chéng)熱電5臺(tái)75t/h循環(huán)流化床鍋爐全部采取了低氮燃燒改造+SNCR兩步法工藝進(jìn)行脫硝改造。該工藝主要是先通過(guò)對(duì)鍋爐進(jìn)行低氮燃燒改造降低原始排放濃度(可降至200mg/Nm3左右),然后在無(wú)催化劑存在條件下,向爐內(nèi)煙氣溫度在850~1100℃的區(qū)域噴入濃度為10-20%尿素溶液,在高溫條件下與NOx還原反應(yīng)生成N2和H2O。該兩步法脫硝效率可達(dá)75%以上。另外,結(jié)合脫硝兩步法改造,還進(jìn)一步提升鍋爐帶負(fù)荷能力以及對(duì)鍋爐存在的問(wèn)題進(jìn)行消除,最終實(shí)現(xiàn)降低氮氧化物并提升鍋爐性能的目標(biāo)。此種做法反應(yīng)式為:

  優(yōu)勢(shì):

  該兩步法脫硝工藝具有不需要催化劑、投資成本低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工工期短、占地面積小、自動(dòng)化程度高、NOx脫除效率高及對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)性能影響小等優(yōu)點(diǎn),可有效降低鍋爐氮氧化物的生成與排放,滿足環(huán)保排放要求。

  2.2鍋爐脫硝及節(jié)能改造方式

  2.2.1鍋爐低氮燃燒改造。

  2.2.1.1低氮燃燒改造原則,在保持鍋爐基礎(chǔ)、鋼架等不變的情況下,通過(guò)對(duì)送風(fēng)系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)空氣分段送入、燃料分級(jí)燃燒、降低爐膛溫度,并采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)及對(duì)分離器改造等方式達(dá)到降低NOX初始排放濃度的目的。內(nèi)容包括二次風(fēng)系統(tǒng)重新優(yōu)化布置、爐膛布風(fēng)板改進(jìn)及風(fēng)帽重新選型等。

  2.2.1.2煙氣再循環(huán)技術(shù),即從引風(fēng)機(jī)出口利用管道連接至一次風(fēng)機(jī)入口,利用前后壓力差對(duì)鍋爐煙氣進(jìn)行循環(huán)利用,并輔以煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)對(duì)循環(huán)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié),有效降低爐膛底部過(guò)剩空氣系數(shù),降低氧化氣氛,減少氮氧化物的生成環(huán)境,達(dá)到抑制氮氧化物生成與排放的目的。系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、管道、風(fēng)門及支吊架、外保溫等。

  2.2.2SNCR工藝技術(shù)

  該項(xiàng)目采用先進(jìn)成熟的選擇性非催化還原法(SNCR)工藝技術(shù),還原劑采用環(huán)保性能較高的尿素,經(jīng)熱解后配置濃度為10-20%的溶液,然后經(jīng)輸送分配系統(tǒng)送至每臺(tái)鍋爐,并于鍋爐爐膛至旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道及分離器出口轉(zhuǎn)向煙道位置經(jīng)機(jī)械霧化后噴射與煙氣混合,每臺(tái)鍋爐布置噴槍8只。

  SNCR系統(tǒng)包括土建基礎(chǔ)及公用系統(tǒng)建設(shè)、鍋爐分系統(tǒng)管線設(shè)備安裝、煙氣連續(xù)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝等。系統(tǒng)分為尿素溶液制備及轉(zhuǎn)存系統(tǒng)、溶液儲(chǔ)存及輸送系統(tǒng)、計(jì)量和分配系統(tǒng)及爐前噴射系統(tǒng)等部分。本系統(tǒng)還創(chuàng)新嘗試采取“一拖二、一拖三”的方式對(duì)氨逃逸進(jìn)行檢測(cè),減少投資費(fèi)用。該系統(tǒng)全部采用智能控制,從尿素溶液制備、轉(zhuǎn)存、計(jì)量、輸送、噴射等全過(guò)程自動(dòng)化控制,并能根據(jù)煙氣在線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)氮氧化物排放數(shù)值變化自動(dòng)投運(yùn)、調(diào)節(jié)及停運(yùn)。

  2.3鍋爐性能提升改造及檢修

  2.3.1燃燒系統(tǒng)改造。眾誠(chéng)熱電鍋爐運(yùn)行年限較長(zhǎng),設(shè)備老化,鍋爐帶負(fù)荷能力下降,結(jié)合本次脫硝改造對(duì)鍋爐中心筒、分離器、返料器等進(jìn)行了相應(yīng)的改造。即縮小中心筒直徑、偏心布置及改變分離器進(jìn)口煙道寬度,以提高分離效率,并對(duì)返料器進(jìn)行改造,提高返料能力,同時(shí)亦可起到降低爐膛溫度的目的,更有利于脫硝效果。經(jīng)改造后,爐膛差壓大幅上升,鍋爐帶負(fù)荷能力提升明顯。

  2.3.2水冷系統(tǒng)改造。為進(jìn)一步提升水冷壁換熱效果,本次改造采取在爐膛中上部位置縱向分別增加2組水冷屏,新增水冷屏面積約為40m2,增加蒸發(fā)換熱能力約10-15%。為防止煙氣、物料對(duì)其沖刷磨損,水冷壁底部采用耐火材料敷設(shè)等防磨措施。

  2.3.4鍋爐檢修及節(jié)能改造。鍋爐漏風(fēng)不僅影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,還有利于NOX的生成與排放。為改善鍋爐性能,提升節(jié)能效果,結(jié)合本次脫硝改造重點(diǎn)對(duì)鍋爐漏風(fēng)進(jìn)行消除,即通過(guò)正壓、負(fù)壓等不同的漏風(fēng)試驗(yàn)方式查找漏風(fēng)點(diǎn),更換腐蝕嚴(yán)重的空預(yù)器管子、對(duì)損壞漏風(fēng)(灰)部位的耐火材料重新砌筑、尾部煙道及除塵器箱體漏風(fēng)查找并密封處理等。同時(shí),更換原節(jié)能效率較低的引風(fēng)機(jī)液力耦合器為高壓變頻調(diào)速裝置,并對(duì)性能下降的一、二次風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修。通過(guò)上述檢修及改造,煙氣含氧量及風(fēng)機(jī)電流大幅降低。

  3項(xiàng)目實(shí)施效果分析

  3.1項(xiàng)目實(shí)施概況

  本項(xiàng)目采用EPC總承包模式,于2015年5月份開始施工,10月底施工結(jié)束,12月份通過(guò)竣工環(huán)保驗(yàn)收。在工程施工過(guò)程中嚴(yán)格按照施工規(guī)范,加強(qiáng)隱蔽工程及重要節(jié)點(diǎn)等監(jiān)督控制,嚴(yán)把入廠材料驗(yàn)收關(guān)、隱蔽工程報(bào)驗(yàn)關(guān)、焊接質(zhì)量控制關(guān)及重要節(jié)點(diǎn)控制關(guān)等,同時(shí)強(qiáng)化施工人員安全教育,加強(qiáng)施工安全監(jiān)督管理,最終順利完成全部改造工作,并經(jīng)調(diào)試試運(yùn)正常。2015-2016年冬供大負(fù)荷運(yùn)行期間,各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)全部達(dá)到達(dá)標(biāo)排放。

  3.2改造效果及節(jié)能效果分析

本次鍋爐煙氣脫硝節(jié)能環(huán)保改造工程分為節(jié)能、環(huán)保及提升鍋爐性能等三個(gè)部分。通過(guò)本次脫硝及節(jié)能環(huán)保改造,氮氧化物排放低于新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn),鍋爐帶負(fù)荷能力得到一定的加強(qiáng),全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求,同時(shí)引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)電流大幅下降,節(jié)能效果顯著。

  3.2.1環(huán)保方面

  鍋爐低氮燃燒改造后,料層溫度下降50-100℃,爐膛出口溫度上升30-70℃,煙氣含氧量下降4-6%。爐膛溫度場(chǎng)分布相對(duì)改造前較均勻,上下溫度差縮小,有利于抑制氮氧化物的生成,亦能改善鍋爐運(yùn)行條件。通過(guò)鍋爐低氮燃燒改造及SNCR工藝技術(shù)的實(shí)施,鍋爐在允許負(fù)荷范圍內(nèi)基本無(wú)需投運(yùn)SNCR系統(tǒng)煙氣煙氣污染物可達(dá)標(biāo)排放,投運(yùn)SNCR系統(tǒng)NOX可低于100mg/Nm3。低NOx燃燒技術(shù)脫硝率>40%,SNCR脫硝率>40%,氨逃逸率≤7mg/Nm3,兩步法綜合脫硝效率>75%。

  3.2.2鍋爐性能提升方面。

  通過(guò)更換部分老舊設(shè)備、增加一定的受熱面,并對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),同時(shí)對(duì)鍋爐漏風(fēng)進(jìn)行全面查找和消除,并對(duì)鍋爐燃燒方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。改造后的鍋爐帶負(fù)荷能力大幅提升,在最低、最高負(fù)荷區(qū)間各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求,安全、經(jīng)濟(jì)性能不受影響。

  3.3.3節(jié)能方面。

  由于更換了原節(jié)能效果相對(duì)較差的液力偶合器并消除鍋爐漏風(fēng)現(xiàn)象,鍋爐的嚴(yán)密性有了一定程度上的提高。加之鍋爐采用低氮燃燒技術(shù),并采取低料層、小風(fēng)量等先進(jìn)運(yùn)行調(diào)整方式,鍋爐引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)電流大幅下降,1#鍋爐引風(fēng)機(jī)電流下降31.6%,3#鍋爐下降近10%;一次風(fēng)機(jī)電流1#鍋爐下降24%,3#鍋爐下降15.6%,節(jié)能效率較為明顯。

  4存在問(wèn)題及對(duì)策

  4.1鍋爐省煤器后煙氣壓力表計(jì)不能滿足改造后鍋爐測(cè)量需要

  因鍋爐低氮燃燒改造及性能提高需要,中心筒及水平煙道阻力較改造前有所加大,加之鍋爐引風(fēng)機(jī)更換導(dǎo)致尾部煙道省煤器后左右兩側(cè)壓力表在高負(fù)荷時(shí)滿量程,不能滿足改造后的鍋爐監(jiān)測(cè)需要。該問(wèn)題需對(duì)鍋爐尾部煙道壓力測(cè)點(diǎn)變送器重新進(jìn)行計(jì)算和選型,并進(jìn)行更換,方能滿足使用需要。

  4.2鍋爐主蒸汽溫度偏低

  由于改造增加了爐膛換熱面積,并一定程度上降低了料層溫度,導(dǎo)致二期鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度較改造前略有下降,加之該鍋爐原設(shè)計(jì)存在缺陷(過(guò)熱受熱面不足等)導(dǎo)致鍋爐主蒸汽溫度略低于設(shè)計(jì)值。而主蒸汽溫度改造需結(jié)合鍋爐最低及最高負(fù)荷綜合考慮設(shè)計(jì)方案,兩者要兼顧,且過(guò)熱器受熱面的改動(dòng)要求較高,難度相對(duì)較大。計(jì)劃下一步對(duì)高溫過(guò)熱器換熱面積重新進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行針對(duì)性的改造,以提高主蒸汽溫度。

  4.3改造后灰、渣含碳量相對(duì)升高

  低氮燃燒改造原理即實(shí)現(xiàn)鍋爐低氧量燃料分級(jí)燃燒,抑制氮氧化物的生成,該種方式將對(duì)燃料燃燒產(chǎn)生影響,導(dǎo)致灰、渣含碳量較改造前略有上升,其中灰含碳量升高2-4%,渣含碳量升高約1.5%,影響鍋爐效率下降約0.5%。為降低對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性的影響,公司于脫硝改造調(diào)試中進(jìn)行了不同運(yùn)行工況及單純低氮燃燒與投運(yùn)SNCR系統(tǒng)等進(jìn)行分析比較,以及不同方式對(duì)鍋爐熱效率的影響,尋找鍋爐最佳運(yùn)行方式,提高經(jīng)濟(jì)性能。通過(guò)分析比較,采用低氮燃燒+SNCR工藝兩步法脫硝方式,雖然因鍋爐煙氣含氧量相對(duì)較低影響燃燒效率從而導(dǎo)致灰、渣含碳量略有上升,但輔機(jī)耗電率將有所下降,且因經(jīng)低氮燃燒后氮氧化物初始排放濃度較低,無(wú)需消耗大量尿素原料,節(jié)省生產(chǎn)成本。

  5結(jié)束語(yǔ)

  低氮燃燒改造+SNCR兩步法脫硝工藝一次性投資費(fèi)用低,眾誠(chéng)熱電5臺(tái)75t/h循環(huán)流化床鍋爐全部采用此種工藝改造,全部費(fèi)用約2992萬(wàn)元(含5臺(tái)引風(fēng)機(jī)改造及鍋爐檢修),相對(duì)SCR脫硝方式費(fèi)用大幅降低,且無(wú)需安裝催化劑,避免了失效催化劑更換及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。因經(jīng)低氮燃燒后氮氧化物初始排放濃度較低,無(wú)需消耗大量尿素原料,生產(chǎn)成本較低。隨著本次改造結(jié)束,在2015-2016年冬供期間運(yùn)行狀況來(lái)看,鍋爐帶負(fù)荷能力提高并且運(yùn)行穩(wěn)定,環(huán)保排放數(shù)據(jù)優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)氨逃逸低于7mg/Nm3,兩步法實(shí)施后的脫硝效率大于75%,脫硝效果較為顯著,可廣泛應(yīng)用小型循環(huán)流化床鍋爐。

稿件媒體合作

  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 電話:010-58689070

廣告項(xiàng)目咨詢

  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 電話:010-63415404

投訴監(jiān)管

  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 電話:010-58689065