循环流化床锅炉氮氧化物无氨抑制技术应用分析

循环流化床锅炉氮氧化物无氨抑制技术应用分析中国华能集团清洁能源技术研究院黄中2017年4月25日一、循环流化床锅炉氮氧化物的生成与控制二、锅炉本体改造对氮氧化物的影响三、氮氧化物无氨抑制的可行性四、实施效果分析报告提纲一、循环流化床锅炉氮氧化物的生成与控制二、锅炉本体改造对氮氧化物的影响三、氮氧化物无氨抑制的可行性四、实施效果分析报告提纲超低排放的提出和推广环境问题的集中爆发倒逼国家政策、法律重大调整超低排放对循环流化床锅炉持续发展影响大02004006008001000120014001600650100015001100130065011006504508020010010020050120排放限值(mg/m3)GB13223-1996GB13223-2011GB13223-2003燃机50mg/m3环保政策的调整和收紧《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》在确保供电安全前提下，将东部地区(北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东、海南等11省市)原计划2020年前完成的超低排放改造任务提前至2017年前总体完成要求30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组(暂不含W型火焰锅炉和循环流化床锅炉)实施超低排放改造将对东部地区的要求逐步扩展至全国有条件地区，要求30万千瓦及以上燃煤发电机组(暂不含W型火焰锅炉和循环流化床锅炉)实施超低排放改造越来越多的循环流化床锅炉需要实施超低排放改造……循环流化床锅炉脱硝适用技术SCR脱硝技术SNCR脱硝技术SCR+SNCR联合脱硝技术低氮燃烧技术新建项目设计在建机组改造SCR脱硝技术反应剂层喷氨格栅静态混合器烟气入口烟气出口预留层导流装置挡板导流装置省煤器灰斗主烟道省煤器旁路技术核心：充分发挥CFB锅炉自身优点分离器内还原剂与烟气能够实现充分混合，反应时间及反应温度均较为适宜在CFB锅炉上可实现60~85%的脱硝效率SNCR脱硝技术低氮燃烧技术烟气再循环，将锅炉低温烟气的一部分通过再循环风机送入炉膛从而起到改变锅炉热量分配降低床温和氧化气氛的作用二次风口改造，二次风口的合理布置可以减轻污染物的排放脱硝技术路线选择以某典型循环流化床锅炉为例，将NOx原始排放350mg/m3降低到50mg/m3以下要求设计脱硝效率85.7%方案一：低氮改造+SNCR技术。使NOx原始排放降至200mg/m3以内，SNCR脱硝效率75%以上可实现超低排放方案二：SNCR+SCR技术。将锅炉低温省煤器拆除并移位，增设SCR反应器，脱硝后的净烟气引回原高温省煤器出口并进入空预器两个方案均可实现超低排放，但改造施工量均较大。由于方案二需要引出烟道，新增反应器，增设相关支撑钢结构，投资费用超出方案一较多一、循环流化床锅炉氮氧化物的生成与控制二、锅炉本体改造对氮氧化物的影响三、氮氧化物无氨抑制的可行性四、实施效果分析报告提纲低温燃烧+分级燃烧热力型NOX+燃料型NOX运行优化天然的低NOX排放循环流化床锅炉的氮氧化物控制机理主要生成机理控制手段环保优先的锅炉改造及优化策略主要问题燃烧和运行偏离合理工况一次风份额过高（接近60%）氧量偏大（超过5%）床温远高设计值（多点超过1000℃）次要问题运行负荷偏低磨损量偏高分离器效率低运行床温高，床温偏差大风帽易磨损、易堵塞、易脱落排烟温度高，影响锅炉效率辅机选型余量大，能耗高自动化程度低……可靠性、经济性、环保性难以兼顾运行床温有严格的限制分离器漏风等因素影响效率和石灰石利用率效率差分离器效率改善的作用上床压1.2kPa上床压1.8kPa风室压力16kPa风室压力13kPa分离器效率改善的作用（某300MW机组）改前：床温974、961℃改后：床温922、906℃分离器效率改善的作用（某200MW机组）参数改前第一次改后第二次改后负荷/MW160.8160.7160.8给煤量/th-1105109104一次风室压力/Pa120331577712368中部压差/Pa7378011222上部压差/Pa503515897一次流化总风量/km3h-1195193185二次总风量/km3h-1228226199总风量/km3h-1477477439下部床温/℃950937862中部床温/℃936922858分离器入口温度/℃842884799飞灰含碳量/%1.121.022.02布风均匀性改善的作用主要问题床温高、有局部高温点，风帽更换量大改善负荷的适应区间和运行参数应用效果改造前锅炉最高负荷率70%左右，对应床温高995~1005℃改造后负荷可稳定至90%以上，对应床温低于960℃分级燃烧运行优化控制NOx91.34991.73491.20491.08291.0291.06790.83790.52691.45491.34591.12690.86490.531391.28891.42691.3459090.290.490.690.89191.291.491.691.892A1A2A3A4B1B2B3B4C1C2C3C4D1D2D3D4平均锅炉热效率（%）深度运行优化的作用一、循环流化床锅炉氮氧化物的生成与控制二、锅炉本体改造对氮氧化物的影响三、氮氧化物无氨抑制的可行性四、实施效果分析报告提纲氮氧化物无氨抑制技术组成旋风分离器高效分离技术研究耐磨防漏渣风帽设计开发布风均匀性改善技术研究防磨技术研究循环流化床锅炉节能环保一体化关键技术集成应用锅炉试验与运行研究燃煤煤粒度优化与改善高效炉内脱硫技术研究全负荷脱硝控制技术研究数值模拟研究关键参数辨识数据库开发工程应用关键技术研究运行优化技术研究设计优化技术研究+工程应用主要影响因素的确定与分析煤质参数全水分、空气干燥基水分、收到基灰分、干燥无灰基挥发分、收到基碳、收到基氢、收到基氧、收到基氮、收到基全硫低位发热量，入炉煤平均粒度、入炉煤最大粒度、成灰特性环保参数排放浓度要求脱硫剂参数：碳酸钙、碳酸镁、水、其他，平均粒度、最大粒度、活性、添加方式，消耗量，钙硫摩尔比脱硝还原剂参数：类型，浓度，消耗量，氨氮比结构参数炉膛出口净高度、炉膛顶部净高度、二次风口净高度、煤口净高度、返回口净高度、床上启动燃烧器净高度给煤方式，飞灰份额，底渣份额炉膛尺寸、布风板尺寸风帽形式、分离器形式烟气参数密相区流化风速、稀相区烟气速度、烟气炉内停留时间床层温度、炉膛出口温度、循环物料返回温度、排烟温度计算燃料量、实际燃料量，炉膛压差、沿程阻力、床层压力一次风量（率）、二次风量（率），一次风温、二次风温二次风布置方式及层数、二次风口总数量，炉膛出口过量空气系数给煤机密封风量（冷风）、给煤口密封风量（热风）、返料器松动风量、返料器返料风量蒸汽参数过热蒸汽流量及参数、再热蒸汽流量及参数、减温水温度减温水调节方式、排污率布风风帽型式、风帽数量、风帽节距、布风板截面积，风帽外罩小孔数、风帽外罩小孔风速风帽芯管小孔数、风帽芯管小孔风速进口流化风量、流化风温度、海拔风室风压、床层压力，进风方式排渣口数量及尺寸分离分离器型式、个数炉膛出口烟气速度，分离器入口烟气速度、烟气温度、入口物料浓度分离器内径、分离器外径分离器入口高宽、分离器旋风筒体高度、分离器锥体高度，分离器中心筒结构、中心筒插入深度、固定方式、偏心量阻力、运行范围返送（给煤）返料器型式及个数、返料器风帽型式、风帽数量、单个风帽小孔数量、小孔风速立管直径及高度、布风板截面尺寸给煤方式及给煤量风室风压、单个返料器流化风量、返料器松动风布置方式，返料口直径提高20μm以下细微颗粒的捕集能力（入口收缩+中心筒改造）Cr25Ni20MoMnSiNRe铸造中心筒+自由吊挂方式固定高效旋风分离器低负荷工况高负荷工况入口风道截面速度场分布低负荷工况高负荷工况风室中部截面速度场分布良好的布风均匀性筛孔直径甲侧系统（未实施）乙侧系统（已实施）1mm7.720.83mm9.936.66mm7.817.68mm8.815.210mm4.14.613mm8.52.9＞13mm53.32.4改造实施前后入炉煤粒度对比新型交叉筛方案设计安装布置图燃煤粒度优化平均底渣含碳量由改造前的3.7%降低至改造后的2.1%，床温改善提高锅炉效率约0.65%三分离器均匀性改善（均匀给煤）三分离器之间流场不均会影响循环回路的循环量和物料浓度循环量差异使床层左右侧温度和中部温度产生显著偏差调整煤质、给煤方式、配风和床压等参数的改善能力有限中间分离器的流量仅为左右两侧分离器流量的85%左右分离效率的绝对偏差在0.08~0.15%三分离器均匀性改善（均匀给煤）飞灰中位粒径由26.9μm降低为16.5μm给煤机基本实现了均匀给煤，床温降低幅度35℃以上SO2和NOx的原始排放浓度下降，脱硫电石渣消耗量降低约40%脱硝尿素消耗量下降约20%改造后氧量可以降低至2%左右（改造前为5%）一、循环流化床锅炉氮氧化物的生成与控制二、锅炉本体改造对氮氧化物的影响三、氮氧化物无氨抑制的可行性四、实施效果分析报告提纲锅炉设计参数HG－440/13.7－L.YM22型循环流化床锅炉项目单位数值过热蒸汽最大连续蒸发量t/h440过热蒸汽出口压力MPa13.7过热蒸汽出口温度℃540再热蒸汽流量t/h384.1再热蒸汽进口压力（表压）MPa3.83再热蒸汽进口温度℃367.8再热蒸汽出口温度℃540给水温度℃249.4排烟温度℃142锅炉效率（以低位发热量计）%90.37%主要问题锅炉整体床温偏高，现蒸发量达到360-380t/h时，燃烧室密相区平均床温已达到940℃-970℃，回料阀及回料立管温度接近1000℃，运行中被迫增加一次风量，加剧锅炉受热面管子磨损布风板布风均匀性差，最大偏差在150℃-200℃左右，低负荷运行期间为控制床温在安全范围内无法继续下调入炉一二次风量每次检修风帽后，锅炉温度场会发生改变，运行下部床温低，中、部床温高。由于温度场的改变，在增加负荷时易造成局部床层温度偏高，限制接带负荷能力，也易造成受热面各部管材温度出现热偏差锅炉一二次风量计缺失及损坏较多，锅炉风烟系统自动不能投入，运行人员不能合理有效的分配一二次风量，锅炉飞灰含碳量偏高，1号、2炉近年来全年平均在10-11%左右，最高达到15-16%左右主要问题入炉煤粒径严重偏离设计值，设计入炉煤最大粒径≤7mm，d50=1.5mm，实际运行中入炉煤粒径大于1.5mm筛余率平均在30％左右（筛余率标准值50%），大于7mm筛余率在10%左右（筛余率标准值＜1%），呈现细的过细粗的过粗的两级分化现象排渣不畅，经常出现4个排渣口处堵渣经常需用圆钢进行疏通存在人员及设备安全隐患，且严重污染现场环境排烟温度高，锅炉设计排烟温度为142℃，冬季排烟温度平均在160℃-170℃，夏季平均在165℃-175℃，严重影响机组经济性回料阀金属膨胀节多次撕裂，存在较大安全隐患改造实施效果综合应用前文所述技术，改造解决了带负荷困难、床温偏高和偏差大的问题，锅炉满负荷运行时，床温仅为917℃，炉内物料循环得到显著优化、布风更均匀，满负荷锅炉燃烧状况明显改善内容改造前改造后飞灰粒度D50≤40μmD50≤26.5μm炉膛中部压力2000Pa≥2400Pa平均床温990℃≤930℃NOx原始排放约300mg/m3＜50mg/m3飞灰含碳量12%≤8%床温测点偏差值150℃≤50℃改造实施效果几点启示氮氧化物的影响因素……床温（兼顾燃烧）……一次风量（氧量）……炉内脱硫布风均匀的意义汽水侧参数的兼顾燃料粒径的影响中国华能集团清洁能源技术研究院清洁能源系统设计优化部黄中研究员全国电力行业CFB机组技术协作网专家委员会委员《中国循环流化床发电》杂志执行主编地址：北京市昌平区北七家镇未来科学城华能创新基地实验楼A楼手机：[phone]邮件：[e-mail]微信公众号：xhlhcfd