循环流化床锅炉脱硝改造

2019-10-21 16:19叶思成
科技风 2019年2期
关键词:循环流化床脱硝

叶思成

摘 要:国内第一台循环硫化床锅炉在新的排放标准下NOX无法满足达标排放,改造方案选择为增加一套SNCR脱硝装置,采用向炉内喷射尿素10%溶液进行脱硝。改造机组在煙气达标排放状况下最高能稳定在发电负荷75MW运行,较脱硝系统安装前提高了10MW。喷枪在机组发电负荷65MW和煤质相对不变的情况下,NOX排放降低了60%。

关键词:脱硝;SNCR技术;循环流化床

1 绪论

改造锅炉为原芬兰AHLSTROM(奥斯龙)公司生产制造投产于1996年9月,410-9.8/540-Pyrofow型常压、单汽包自然循环、户外型循环流化床锅炉。锅炉冷渣机分别为2台RA8-120和2台RA10-120气水联合冷却气槽式冷渣器。新的排放标准执行以来,2015年NOx超标排放小时数237个,占运行小时数的13.26%,为满足排放要求机组只能在65MW负荷以下运行。因此进行锅炉脱硝技术应用研究,选择合适的脱硝技术实施改造已迫在眉睫。

2 改造方案的选择

2.1 循环硫化床锅炉氮氧化物的生成影响因素

在循环流化床锅炉燃烧过程中,氮氧化物的生成影响因素较多,燃料中氮的含量、锅炉过量空气系数、燃烧温度均会对氮氧化物的生成产生巨大影响。近期研究表明,脱硫剂为石灰石,其直接目的是降低二氧化硫的排放量,同时对氮氧化物的排放量也会产生明显的影响,使氮氧化物上升。主要体现在两个方面,一个是富余的氧化钙作为强催化剂会强化燃料氮的氧化速度,使一氧化氮的生成速度增加;另一个是富余的氧化钙和硫化钙作为催化剂强化一氧化碳还原一氧化氮。氧化钙对燃料氮氧化物生成一氧化氮的贡献大于其对还原性气体还原一氧化氮的贡献,从而使得氮氧化物排放量增加。

2.2 方案确定

改造锅炉为早期设计的循环流化床机组,设计重心在如何确保锅炉的安全、稳定运行,在设计理念上没有探索二氧化硫和氮氧化物互相影响的研究,如一次风量、风速及二次风量及喷口等方面未做具体的优化。另外锅炉设计一二次风口的标高存在不合理,气槽式冷渣器进入炉膛的无效风较大,但如进行改造成本大。鉴于机组可运行年限改造方案选择为增加一套SNCR脱硝装置,采用向炉内喷射氨水或尿素进行脱硝,预计能达到40%的脱硝效率。

2.3 SNCR脱硝机理

SNCR脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入锅炉温度为800℃-1100℃的区域,该还原剂迅速热分解成NHx和其它副产物,随后NHx与烟气中的NO进行SNCR反应而生成N2。采用尿素作为还原剂还原NO的主要化学反应为:

3 SNCR脱硝技术方案实施

系统流程说明:

本方案设计采用制备10%的尿素溶液储存于尿素溶液罐,通过喷射泵经Φ38×3的304不锈钢管进入锅炉28米层,经计量、均流后,分别通过Φ27×3的304不锈钢管进入锅炉甲乙侧旋风分离器进口平台,再经流量计、均流器后进入布置于旋风分离器进口的10只喷枪,后经压缩空气雾化后喷入锅炉。

除盐水经阀门直接接入喷射泵入口,通过喷射泵对管路系统进行冲洗。

尿素溶液储存罐的加热系统,考虑从锅炉冷渣机的冷却水出口母管上安装Φ38×3的锅炉钢管,经工业水管沟,进入尿素溶液储存罐,加热溶液,以防止尿素溶液结晶。工艺流程见图:

4 运行效果及分析

4.1 试运行过程

机组发电负荷74MW、NOX排放187mg/Nm3、SO2排放264mg/Nm3、喷枪投运支数10支,通过风、煤、石灰石粉及尿素溶液的调整,在克服煤质波动、保证NOX及SO2达标排放下机组最高发电负荷能稳定在75MW运行。试验期间入炉煤平均硫分为0.87%,相关参数如下表:

4.2 试运行分析

在现有煤质且煤质平稳情况下,投入烟气脱硝系统后,改造机组在烟气达标排放状况下最高能稳定在发电负荷75MW运行。较脱硝系统安装前提高了10MW。喷枪在机组发电负荷65MW和煤质相对不变的情况下,NOX排放降低了60%。改造机组烟气脱硝系统能有效抵抗煤质波动对NOX的影响,在NOX达标排放情况下机组负荷可达82MW。若降低入炉煤硫分,能进一步增强烟气排放控制能力,机组带负荷能力也将提高。

4.3 存在的问题

由于改造锅炉投产时间较早,设计水平相对较低,在燃料含硫量高的情况下添加石灰石,会出现氮氧化物排放浓度超标的情况,对SO2和NOX同时达标排放造成困难。机组高负荷时,SO2的排放浓度增加,需要加大石灰石粉的投入量,石灰石粉的过量投入,NOX排放浓度增加,同时脱硝还原剂“中毒”,破坏了尿素溶液中氨基的还原反应,导致NOX超标。同时由于锅炉设计水平较低,炉膛用风调整困难,致使炉膛出口氧量较高,加上尾部烟道存在泄漏,使烟囱出口烟气氧含量偏高,造成二氧化硫及氮氧化物排放折算浓度超标。

5 结语

脱硝系统投运后,NOX排放达标率为96.32%,大大提高NOX排放达标率,减少NOX排放量,减少环保核查的风险。由于该改造锅炉的脱硫设计存在缺陷,脱硝系统运行后,SO2的达标排放成为主要制约机组带负荷的因素,建议下一步进行脱硫系统的改造以满足排放标准。

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