cfb鍋爐超低排放改造試驗研究

0低氮燃燒非催化還原脫硝技術組合近年來，隨著國家環(huán)保標準的進一步提高，循環(huán)流放鍋爐（cpb）的低排放重建十分重要。就NOx而言,考慮到投資、運維成本、系統(tǒng)復雜性等因素,要實現(xiàn)超低排放的技術路線較為單一,特別是對于燃用高鈣煤或需投運爐內(nèi)干法脫硫的CFB鍋爐,受制于選擇性催化還原(SelectiveCatalyticReduction,簡稱SCR)脫硝技術中催化劑鈣中毒及爐后改造空間限制的影響,基本只能選用爐內(nèi)低氮燃燒聯(lián)合選擇性非催化還原(SelectiveNon-CatalyticReduction,簡稱SNCR)脫硝的技術組合。本文以某廠2號CFB鍋爐NOx超低排放改造項目為例,診斷鍋爐原燃燒系統(tǒng)和SNCR脫硝系統(tǒng)存在的問題,提出優(yōu)化改造方案,并對改造效果加以分析。1汽包蒸汽鍋爐“”型汽包蒸汽鍋爐“”型汽包蒸汽鍋爐某廠2號機組為200MW循環(huán)流化床機組,配有東方鍋爐股份有限公司設計制造的“П”型布置、超高壓、自然循環(huán)、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣的汽包蒸汽鍋爐。鍋爐設計燃用煙煤,實際燃用高CaO含量的煤泥和煤矸石,采用循環(huán)流化床低氮燃燒方式,配有爐內(nèi)石灰石脫硫、布袋除塵器和以尿素為還原劑的SNCR脫硝等環(huán)保設施。2在改造前，對低排放進行了詳細的測試和數(shù)據(jù)分析2.1基本試驗為更好地了解原燃燒系統(tǒng)和SNCR脫硝裝置的特性,對2號鍋爐進行NOx超低排放改造前的摸底試驗,主要數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。2.2大負荷段snpr脫硝率對比(1)各負荷段原始NOx濃度處于同類型鍋爐較高水平,其中高、中負荷段接近300mg/m(2)高、中負荷段SNCR脫硝率均高于75%,處于較好水平,但氨逃逸相對較大,造成還原劑浪費且對后續(xù)設備安全運行構成威脅。(3)A、B、C三個旋風分離器入口煙氣溫度偏差很大,最大達到100℃。低負荷時A旋風分離器入口煙氣溫度最低低至接近700℃,SNCR脫硝率大幅下降。(4)各負荷段的NOx排放濃度均大于50mg/m3診斷3.1燃燒系統(tǒng)診斷CFB鍋爐的低氮燃燒主要和燃料特性、配風方式、床溫、脫硫劑、循環(huán)倍率等因素相關3.1.1床面溫度測點偏差滿負荷下采集DCS床溫數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)鍋爐整個床面上各個床溫測點偏差較大,最大偏差可達70℃以上。床溫的不均勻,會造成局部溫度峰值,局部超高床溫是NOx生成急劇增加的元兇。3.1.2次風率過停爐檢查時發(fā)現(xiàn)鍋爐風帽磨損較嚴重,實際運行中為了維持布風板阻力、保持爐內(nèi)流化和防止結(jié)焦,必須加大一次風量,導致一次風率大大提高,鍋爐密向區(qū)富氧燃燒,提高了NOx生成率。3.1.3o含量高鍋爐設計燃用煙煤,實際燃用泥煤和煤矸石,燃煤中CaO含量高達18%-20%。過高的CaO含量一方面提高了入爐煤在燃燒過程中的自脫硫能力,另一方面也改變了含氮揮發(fā)分的氧化路徑,是燃料氮生成氮氧化物的強催化劑3.1.4循環(huán)倍率與nox的生成的關系鍋爐旋風分離器設計入口煙氣流速偏小,導致分離效率較低,減小了循環(huán)倍率。循環(huán)倍率和NOx的生成有密切關系。循環(huán)倍率的提高,可以增加鍋爐主循環(huán)回路中的焦炭濃度,這些焦炭不僅提供燃燒反應進行的表面,而且提供了NO的還原條件,有利于降低氮氧化物的排放濃度3.2svmr脫硝系統(tǒng)診斷CFB鍋爐的SNCR脫硝率主要和氨氮摩爾比、煙氣溫度、停留時間、混合均勻度等因素相關3.2.1當負荷低時，風速分離器的入口煙溫很低以尿素作為還原劑的SNCR脫硝系統(tǒng),其最佳反應溫度窗口是850-1150℃3.2.2離器入口噴槍脫硝該項目SNCR脫硝系統(tǒng)共設置28支噴槍,分爐膛和旋風分離器入口兩個區(qū)域布置:爐膛布置10支,3個旋風分離器入口各布置6支。由于爐膛尺寸遠大于噴槍的噴射距離,導致爐膛中央大片區(qū)域的煙氣無法被尿素溶液覆蓋,故布置在爐膛的噴槍脫硝效果相對比較有限;旋風分離器入口采用了大流量、單側(cè)集中布置的噴槍布置方式,雖然減少了噴槍數(shù)量,節(jié)省了投資,但同時也減弱了尿素溶液和煙氣的混合效果,進一步降低了低負荷時SNCR的脫硝率。4優(yōu)化改造方案通過診斷原低氮燃燒和SNCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng),并調(diào)研國內(nèi)外類似成功案例,提出以下改造技術路線:深度優(yōu)化鍋爐低氮燃燒系統(tǒng),保證爐膛出口的原始NOx濃度控制在200mg/m4.1燃燒系統(tǒng)優(yōu)化措施4.1.1中心筒厚度的優(yōu)化通過敷設耐磨耐火材料將旋風分離器入口煙道通流面積減小,提高旋風分離器入口煙氣速度至30m/s,以提高分離效率。適當增加中心筒厚度,由原設計δ=12mm變?yōu)棣?16mm,材料由原先R253MA鋼板升級為ZGCr25Ni20MoMnSiNRe,實現(xiàn)結(jié)構優(yōu)化,材質(zhì)升級,解決旋風分離器因高溫變形問題。對中心筒長度和直徑進行調(diào)整,采用圓臺形狀,中心管采用上大下小的縮頸結(jié)構,以進一步改善旋風分離器分離效率,提高循環(huán)倍率,降低NOx的生成。4.1.2爐硫含油率降低,增加多階防磨裝置阻斷貼壁流分離器效率的提高雖有助于飛灰可燃物和NOx生成的降低,但也會導致鍋爐循環(huán)物料濃度提高,加快水冷壁的磨損,相同條件下爐膛溫度也會有所下降。因此,需對水冷壁采取一定的防磨措施。改造方案在爐膛水冷壁上增加多階防磨裝置阻斷貼壁流,布置如圖1所示,由此減輕貼壁流對爐內(nèi)受熱面的磨損。同時,由于防磨裝置的安裝減少了1%左右的爐膛受熱面,有利于提高低負荷下旋風分離器入口煙氣溫度,進而改善低負荷下SNCR脫硝效率。4.1.3風帽風帽布風裝置的核心設備是風帽,該項目中鍋爐風帽由于設計和運行的原因,已有部分嚴重磨損,改造方案將其整體更換為新型風帽,材質(zhì)為ZG40Cr25Ni20,結(jié)構如圖2所示。風帽節(jié)距保持不變,更換布風板上、下方的澆注料,更換風帽外罩、全部的芯管。布風裝置的優(yōu)化改造擬解決風帽磨損大、布風不均、長期運行布風板阻力降低的問題,同時也有利于改善3個旋風分離器的入口煙溫偏差,提高低負荷時旋風分離器最低入口煙溫。4.1.4改善鍋爐燃燒特性優(yōu)化燃燒調(diào)整包括加強入爐煤的控制,優(yōu)化物料流態(tài)及配風,改善鍋爐燃燒特性,保持床溫均勻,具體措施有:控制入爐煤粒徑分布盡量均勻,粒徑1.8mm以下占50%,最大粒徑d4.2脫硝系統(tǒng)優(yōu)良措施4.2.1噴槍布置方式綜合考慮混合均勻度、溫度窗口、停留時間,改造方案拆除旋風分離器入口煙道原有噴槍,采用了小流量、兩側(cè)分散布置的噴槍布置方式。每個旋風分離器入口煙道設置10支小流量噴槍,單支最大出力200kg/h,單臺爐總計30支,保證尿素溶液在煙道內(nèi)的全覆蓋。保留爐膛原有10支噴槍作備用,以備在惡劣工況下投用,進一步提升SNCR脫硝率。4.2.2設計風速及布置保持鍋爐原上、下二次風不變,在原上二次風上方約5m處增加一層上上二次風作備用,噴口材質(zhì)采用Cr25Ni20,設計風速不小于45m/s,具體布置方式如圖3所示。當旋風分離器入口煙溫滿足SNCR最佳溫度窗口時,維持原上二次風投運;當?shù)陀跍囟却翱谙孪迺r,投運上上層二次風,調(diào)整上二次風和上上二次風風門開度,提高爐內(nèi)火焰中心,以達到提升旋風分離器入口煙溫的目的,同時深化爐內(nèi)垂直空氣分級,進一步降低爐內(nèi)NOx的生成。4.2.3尿素溶液母管的均分原理在不改變設計氨氮比的前提下,將噴入煙道的尿素溶液濃度由10%進一步稀釋至5%,大流量、低濃度的尿素溶液更加有利于和煙氣的均勻混合,另一方面也能改善尿素溶液母管上流量調(diào)節(jié)閥的閥門特性,從而便于精確控制噴入煙道的尿素溶液的量。另外,在投運噴槍前,調(diào)整爐前尿素溶液和霧化壓縮空氣母管壓力在3-6bar之間,逐支調(diào)整噴槍前尿素溶液支路和霧化壓縮空氣支路手動閥開度,保證噴槍射出尿素溶液的體積流量、霧化效果和射程符合設計要求后再投入使用,以強化混合效果,防止尿素溶液滴漏腐蝕受熱面。5優(yōu)化改造前的前煙溫指標在低氮燃燒和SNCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)優(yōu)化改造結(jié)束并穩(wěn)定運行2個月后,為驗證改造效果,對2號鍋爐進行了性能試驗,主要數(shù)據(jù)見表2。試驗結(jié)果表明:(1)優(yōu)化改造后,各負荷段原始NOx濃度與改造前相比均有不同程度下降,特別是低負荷時由于投用了上上層二次風,使得爐內(nèi)垂直空氣分級進一步加深,NOx的生成率有了較大下降。盡管如此,由于試驗期間入爐煤煤質(zhì)未得到改善,CaO含量超過20%,使得各負荷段原始NOx濃度仍相對較高。(2)A、B、C旋風分離器入口煙溫偏差較改造前大幅減小,且高、中負荷段煙溫滿足SNCR最佳反應溫度窗口,低負荷時投用上上層二次風后煙溫有較大改善,但仍低于SNCR最佳反應溫度窗口的下限。(3)優(yōu)化改造后,高、中負荷段滿足NOx超低排放要求,且氨逃逸得到較好控制。低負荷時SN-CR脫硝率較改造前有了較大提高,但受旋風分離器入口煙溫的影響,仍不滿足NOx超低排放要求。6對nox超低排