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低氮燃烧与选择性催化还原脱硝技术在煤粉锅炉上的应用

文档作者：赵晓强，任恒昌，朱焱松，聂常贵文档来源：中国石油克拉玛依石化公司热电厂		点击数：	更新时间： 2025年04月23日
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2015年10月第38卷第5期矢缸儆Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry0ct．2015V01．38 No．5低氮燃烧与选择性催化还原脱硝技术在煤粉锅炉上的应用赵晓强，任恒昌，朱焱松，聂常贵(中国石油克拉玛依石化公司热电厂，新疆克拉玛依834003)摘要：介绍某热电厂130t／h四角切圆燃烧锅炉利用选择性催化还原技术(SCR)与低氮燃烧技术相结合进行烟气脱硝改造，使得NO，排放浓度达到最新环保标准，运行结果达到预期目标。关键词：煤粉锅炉低氮燃烧选择性催化还原脱硝NO。排放针对电厂污染物排放标准的不断升级．燃煤锅炉排放出的氮氧化物(NO，)成为电厂烟气的重要污染物。按照国家环保部出台的《火电厂大气污染物排放标准》，电厂锅炉NO。排放浓度(干烟气，0：含量6％。下同)不得超过[1-6]100 mg／m3。为使锅炉NO。排放浓度达标，现需对早期投运的锅炉进行改造[4-n]。根据环境保护部下发的火电厂氮氧化物防治技术路线要求．其主要措施是增设锅炉尾部烟气脱硝装置．采用选择性催化还原技术(SCR)，或者选择性非催化还原技术(SNCR)。同时采用低氮燃烧技术抑制NO。的大量产生…。以某热电厂4台130t／h四角切圆燃煤蒸汽锅炉为例．通过增加SCR反应器和低氮燃烧技术相结合的方式进行锅炉烟气脱硝．取得良好效果．为同类锅炉脱硝改造提供参考。1低氮燃烧器改造低氮燃烧器采用水平浓淡燃烧、低氧燃烧及分级燃烧技术降低锅炉燃烧后烟气中的NO：排放。1．1水平浓淡燃烧技术水平浓淡燃烧是一次风采用水平浓淡分离燃烧器．在一次风煤粉风室设置水平浓淡分离装置．使流过的煤粉气流在水平方向上形成浓淡两股气流．浓煤粉在向火侧，淡煤粉在背火侧。浓气流由于煤粉浓度高，着火热大大降低，析出的挥发物浓度大．煤粉快速着火使其周围氧浓度迅速降低．大大抑制挥发分NO：生成；而淡煤粉在背火侧与二次风配合在炉膛周围形成氧化性气氛．可以起到防止炉膛结焦的作用[1．2．4-"。本项目为最大限度实现浓淡燃烧，燃烧器主燃区一、二次风采用大小切圆布置来有效控制炉膛出口烟温偏差。主燃烧区的安装切圆设计方式可以在炉内形成“风包粉”的燃烧效果，一方面可以保证稳定燃烧．另一方面又能降低水冷壁高温腐蚀风险。1．2分级燃烧技术分级燃烧是在燃料燃烧过程的第一阶段．将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70％～75％(相当于理论空气量的80％)．使燃料在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时一级燃烧区过量空气系数Ol小于1。通过过量空气系数有效降低了燃烧区内的燃烧速度和温度。因此．不但延迟了燃烧过程．而且在还原性气氛中降低了生成NO：的反应率，抑制了NO。的生成。使得煤中大部分N元素转化为N，。为了完成燃料的全部燃烧过程．完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的SOFA风喷口送人炉膛．与上一级燃烧区“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合．在O／大于1的条件下完成全部燃烧过程[4-7]。本项目为收稿日期：2015—04—27；收到修改稿日期：2015—06—27。作者简介：赵晓强，男，满族，1983年9月出生，工程师，硕士，2010年毕业于西安交通大学热能工程专业．现在中石油克拉玛依石化有限责任公司热电厂工作。联系电话：15299794225：E—mail：zxqksh@petrochina．eom．1211。万方数据第5期 赵晓强等．低氮燃烧与选择性催化还原脱硝技术在煤粉锅炉上的应用 323了深化分级燃烧．增加了2层SOFA风喷口．各风喷口开度由电动执行机构控制。可根据炉内工况变动上下、左右摆动调整角度。SOFA风喷口可上下摆动±30。．用来调整炉内火焰中心位置．以调整主汽温及煤粉燃尽率：左右摆动±150，用来调整炉膛出口的烟气旋转动量矩．以调整主汽温及炉膛出口烟温的左右侧偏差。1．3低氧燃烧技术低氧燃烧是在煤粉燃烧全过程中严格控制氧浓度在合理范围．在不影响煤粉燃烧速率的前提下．不但可以提高着火初期火焰温度，强化燃烧，改善燃烧效率，而且还可以实现NO：排放的最低化和燃烧效率的最大化。本项目通过冷热态调试，最终确定锅炉在运行过程中烟气中氧含量为2．5％。4％时效果最佳。1．4低氮燃烧器改造效果低氮燃烧器改造完成后．4台锅炉的性能全部得到有效保证。低氮燃烧器改造后炉膛出t3(即SCR反应器人口)烟气NO。浓度为250。350mg,／m3，平均脱硝效率达到60％．比设计值提高近18％，锅炉热效率提高约l％。此外，锅炉四角燃烧器及炉膛水冷壁未出现大量结焦、结渣、炉渣含碳量大幅增加、排烟温度明显变化等问题。低氮燃烧器的成功改造使得炉膛出口NO。达到预期目标，为后续的选择性催化还原法脱硝技术奠定了基础。低氮燃烧器改造后检测见表1。表1低氮燃烧器改造前后相关数据2 SCR法脱硝改造2．1 SCR脱硝技术在锅炉烟气脱硝技术中。SCR技术是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术，其Nq的脱除率可达到80％～90％．多数国家已推广应用。SCR技术具有反应温度较低、催化剂不含贵金属、使用寿命长等优点，还原剂(NH，、尿素)在催化剂作用下，选择性的与NO。反应生成氮气和水，而不是被O：所氧化。主要反应式hs-m!(1l式(1)和(2)：4NH3+4NO+02-*4N2+6H20 (1)4NH3+2N02+02—'3N2+6H20 (2)由于烟气中95％以上的NO，是以NO形式存在的．所以上述反应结果必然使得烟气中绝大多数NO。被反应掉。另外，由于烟气成分复杂性和氧的存在．伴随着氨对NO：还原的主反应还会发生一系列副反应并生成相应产物。可以作为SCR反应还原剂的有NH，、CO、H：，还有甲烷、乙烯等。其中以NH，作为还原剂时，NO的脱除效率最高，由于本企业生产脱硝需用的液氨．加之热电厂脱硫装置采用了氨法脱硫工艺．因此，该项目选择液氨作为还原剂。不但可以降低脱硝成本、方便管理，而且还降低其他还原剂运送风险。2．2 SCR反应器采用目前国内外脱硝效率最高、最为成熟的SCR脱硝技术进行炉膛出1：3烟气脱硝[10-11]．根据国内外各大、小煤粉锅炉SCR法进行脱硝改造的成功经验．确定该项目SCR催化剂采用2+1层的布置方式．其中2层投用、l层作为备用，系统不设置反应器旁路。考虑到该热电厂燃用煤种来自不同煤矿，其煤质稳定性差，煤质变形温度、软化温度、熔化温度相近．灰分大等特性，同时结合4台锅炉长周期运行特点，通过比较分析．选用耐磨性能好、抗热冲击、热稳定及机械性能好、抗烟气冲刷能力强、吹灰频率低、SO：转化率低、压力损失小、不易被粉尘污染、脱硝效率比较高的平板式催化剂。作为本项目催化剂。2．3改造结果项目改造投运后，4台锅炉烟气出口NO：排放浓度在25～70mg／m3．完全达到环保要求，一次性顺利通过环保部门的验收。各台锅炉的烟气出口万方数据324 Z冱翻 2015年第38卷氨逃逸量小于2．5 mg／m3，SO：向SO，转化率小于1％．单层催化剂压降在0．4kPa以内．总压控制在1．4kPa内．系统漏风率小于0．4％。SCR反应器主要参数实现自动控制．重点排放指标和检测数据实现在线检测，关键设备启停、关键阀门开启、调节等实现DCS控制．系统必需的联锁保护正常投用。整套系统满足锅炉运行期间不同工况下实现自控，系统的启动、正常运行监控和事故处理基本实现自动化。3改造效果及问题3．1改造效果项目实施后达到预期效果，NO。排放浓度在70mg／m3以下。锅炉热效率提高约1％．排烟温度明显降低，主汽温度显著提高。系统自控及联锁全部平稳投用．改造后各台锅炉的关键参数见表2。表2 SCR反应器投运数据项目 =署黜xl髓0-6mg ( ·。) m ’篙I牵舭／Pa剂转嚣％漏陴％焉嚣主汽蝴嘴烟跏℃联锁投退 压 转化率。％ 一 可用率，％ …。。一。。 一一。 。‘一l。炉 35 0．5 92 0．5 O．25 92 436 152 正常、稳定909l92435439440150 正常、稳定148 正常、较稳定152 正常、稳定注：表中数据是多次测量计算的平均值。3．2存在的问题脱硝改造完成后．仍然存在一定问题需要进一步解决。4一炉SCR反应器温度尽管控制在410℃范围以内．但是相对其他锅炉偏高．分析其原因在于燃尽风及燃烧器安装标高较高．导致火焰燃烧中心较高．另外锅炉尾部受热面吸热能力较差影响反应器温度。尽管通过燃尽风和吹灰器控制．但不是很理想，需进一步探讨解决。4结束语采用低氮燃烧器与SCR选择性还原法同时进行锅炉烟气脱硝．取得了良好效果。证明利用上述两种技术结合．可以在小型中压锅炉上有效降低烟气NO，排放，达到环保标准，为尚未进行改造或者正在准备进行脱硝改造的企业提供借鉴。参考文献[1]戴成峰，应明良，潘国清，等．四角切圆燃烧锅炉低氮燃烧改造及其效果分析[J]．能源技术经济，2012，24(6)：47—51．[2]关涛，彭志刚．锅炉燃烧器低NO；改造效果分析[J]．电站系统工程，2009．26(2)：3l一33．[3]朱法华．王圣，孙雪丽．等．氮氧化物控制技术在电力行业中的应用[J]．中国电力，201l，44(12)：55—59．[4]应明良，戴成峰，胡伟锋，等．600 MW机组对冲燃烧锅炉低氮燃烧改造及运行调整[J]．中国电力，201l，44(4)：55—58．[5]饶金华，万清燕．220 t／h锅炉低氮燃烧器改造研究[J]．江西科学．2011．29(5)：621—625．[6] 周新雅．大型燃煤电站锅炉低氮燃烧技术分析及应用策略[J]．华东电力，2003，3l(10)：6-11．[7]王热，郭春源，王伍泉．利用“双尺度”燃烧技术进行燃烧器改造[J]．华北电力技术，2011(1)：4l一44．[8]罗志刚，陈志军，蒋名乐．火电厂烟气脱硝技术探析[J]．北方环境，2013，29(5)：103—106．f9] 茅国庆，孟令航，庄亚洲．平板式脱硝催化剂应用于燃煤电厂的优势[J]．华北电力技术，2013，34(2)：87—90．[10]陈崇明，宋国升，邹斯谐．SCR催化剂在火电厂的应用[J]．电站辅机．2010，3l(4)：14—17．『11]朱林．吴碧君，段玖祥，等．SCR烟气脱硝催化剂生产与应用现状[J]．中国电力，2010，42(8)：61—64．APPLICATION OF LOW NITROGEN COMBUSTION TECHNOLOGYAND SCR DE—NOX IN COAL—FIRED BOILERZhao Xiaoqiang，Ren Hengchang，Zhu Yansong，Nie Changgui(PetroChina Karamay Petrochemical Co．，Karamay 834003)Abstract：Low nitrogen combustion technology and SCR De-NO；technology which were used to re—move NO。from boiler fluegasin a 130t／h coal-fired boiler，were introduced．To achieve the latest environ—mental protection standard of NO，emission，the system of de-NO，was operated．The desired goal of de-NO。from boiler flue gas could be completely reached．Key words：coal—fired boiler；low nitrogen combustion technolo

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