gcfb鍋爐的低nox排放與解決方案

1、CFB鍋爐低NOx排放與解決方案,孫獻(xiàn)斌華能清潔能源技術(shù)研究院2012年7月17日,主要內(nèi)容,一.CFB鍋爐的NOx排放水平二.超低排放與深度脫除三.燃燒調(diào)整四.低氮改造五.SNCR技術(shù),3,一.CFB鍋爐的環(huán)保特性,11臺(tái)CFB鍋爐性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)— Sar=0.41%~5.34%SZS≤1.77g/MJ，ηsmax=97.5% ，Ca/S=1.7～2.6，SO2 ≤249mg/Nm3 ，NZS≤0.81g/MJ

2、 ，NOx ≤200mg/Nm3,JN電廠135MW CFB鍋爐NOx排放值,JN電廠NOx的排放濃度低于250 mg/Nm3，平均值僅為119 mg/Nm3（2007年）,CFB鍋爐的燃燒特點(diǎn)決定了NOX排放較低,熱循環(huán)回路的低溫燃燒爐膛下部的分級(jí)燃燒大部分NOX排放值100～250 mg/Nm3個(gè)別CFB達(dá)到380 mg/Nm3生物質(zhì)CFB330 mg/Nm3石煤燃料550 mg/Nm3,BLH 300MWCFB鍋爐N

3、OX排放值,,典型300MWCFB 鍋爐煙氣SO2排放環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù),,折算成分SZS、 NZS,[g/MJ],,以煤的含硫量為例，折算硫分Szs與原始SO2排放值呈較好的線性關(guān)系，而收到基含硫量Sar與原始SO2是多值性關(guān)系。對(duì)于不同煤種同樣的收到基含硫量Sar，由于發(fā)熱量差別很大，其原始排放值可能差別很大，例如，當(dāng)收到基含硫量Sar約為1.5%時(shí)，原始SO2排放值可在3200~5200mg/m3之間變化。因此，以折算硫分作為判別煤中含

4、硫量的大小更為科學(xué),排放值的預(yù)測,[mg/Nm3],煤每1MJ發(fā)熱量所產(chǎn)生的干煙氣容積在α=1.4時(shí)為0.3678Nm3/MJ,這個(gè)估算值的誤差在±5%以內(nèi);煤的自脫硫能力主要和煤灰的自身Ca/S有關(guān)式中XCaO—煤灰中CaO含量，%；Aar—煤的收到基灰分，%；Sar—煤的收到基硫分，%；通常不同煤種的自身的鈣硫摩爾msin小于1[示例]某褐煤的工業(yè)分析結(jié)果為：收到基灰分Aar=26%，硫分Sar=1.5%，水分M

5、ar=30%，低位發(fā)熱量Q net,ar,p=10.28MJ/kg，灰成分中SiO2=42.4%，Al2O3=15.9%，MgO=3.9%, CaO=9.5%，計(jì)算煤的自身鈣硫摩爾比msin=0.94,,CFB鍋爐中NOx的排放值的預(yù)測,燃料中氮理論上完全轉(zhuǎn)化為 時(shí)的排放值按下式計(jì)算 式中 —燃料中的氮理論上全部轉(zhuǎn)化為NOx時(shí)的排放值，mg/Nm3(O2=6%） Nar—燃料中收到基氮含量，%； V0gy

6、—1kg燃料完全燃燒生成的理論干煙氣量， Nm3/kg實(shí)際CFB 的NOx排放值和氮轉(zhuǎn)化率及爐膛溫度有關(guān)CR—燃料中氮轉(zhuǎn)化率，%；KT—溫度修正系數(shù),,,1MW CFB試驗(yàn)裝置,爐膛高度23m,（ABB-CE：3MWth，18m)；燃燒脫硫反應(yīng)過程和實(shí)爐相當(dāng)一致；已完成40個(gè)工程項(xiàng)目76種煤、40種石灰石的燃燒脫硫試驗(yàn)；有燃燒各種類型燃料的豐富經(jīng)驗(yàn)；試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)大型CFB鍋爐設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)作用。,煤種試燒數(shù)據(jù)庫,煤

7、的自身鈣硫摩爾比及自脫硫效率(T＝880℃),,臭氧會(huì)造成人的神經(jīng)中毒,頭暈頭痛、視力下降、記憶力衰退;臭氧會(huì)對(duì)人體皮膚中的維生素E起到破壞作用,致使人的皮膚起皺、出現(xiàn)黑斑;臭氧還會(huì)破壞人體的免疫機(jī)能,誘發(fā)淋巴細(xì)胞瘤,NOx的危害,NOx= NO+NO2(+N2O); NO/NO2>90/10NO是一種無色、無刺激的不活潑氣體； NO2是棕紅色、有刺激性臭味的氣體，二者均為有毒氣體，其中NO2比NO的毒性高4～5倍。NO

8、會(huì)降低人的血液輸氧能力，引起組織缺氧和中樞神經(jīng)麻痹NO2刺激呼吸系統(tǒng)后會(huì)引起急性或慢性中毒，主要表現(xiàn)為對(duì)肺的損害NO2與碳?xì)浠锓磻?yīng)形成光化學(xué)煙霧，形成酸雨，造成環(huán)境污染；還能抑制植物的光合作用，使植物發(fā)育受阻N2O，吸入能使人狂笑；是一種溫室氣體，會(huì)破壞臭氧層，是CO2的296倍,熱力型-占10%-20%，在1500℃以上形成,在燃燒過程必須控制適當(dāng)?shù)臏囟群脱趿?燃料型-是指燃料中的氮受熱分解和氧化生成NOx。進(jìn)一步說，主

9、要指揮發(fā)份中的氮化合物生成NOx，在煤燃燒過程中占總的NOx排放量的80%～90%,快速型-是指空氣中的氮和碳?xì)淙剂舷仍诟邷叵路磻?yīng)生成中間產(chǎn)物N、NCH、CN等，然后快速與氧反應(yīng)，生成NOx。這部分NOx占NOx總量的約5%。,煤在燃燒中各種類型NOx的生成量和爐膛溫度的關(guān)系,NOX生成機(jī)理,CFB燃燒N2O排放量偏大的主要原因與其生成機(jī)理有關(guān)，煤在燃燒初期先析出揮發(fā)物，其中含有氨基物和氰化物；它們大致在700～900℃之間會(huì)

10、被氧化生成N2O，CFB燃燒溫度多在此范圍內(nèi)。而當(dāng)溫度超過900℃，N2O會(huì)被還原成N2,新的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CFB鍋爐的要求,新的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)(超低排放)SO2 <100mg/m3NOx <100mg/m3 (現(xiàn)有CFB < 200mg/m3 ）粉塵<30mg/m3全球最嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)新排放標(biāo)準(zhǔn)要求電力工業(yè)越來越多地對(duì)其排放負(fù)責(zé),目前CFB鍋爐的排放水平很難達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，如此則CFB鍋爐出路何在？需

11、要研究深度脫除技術(shù),20,環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)新舊比對(duì),火力發(fā)電鍋爐SO2最高允許排放濃度 （單位：mg/m3）,《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2003）,,,,,,火力發(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組氮氧化物最高允許排放濃度 (單位：mg/m3),,,抑制燃料型NOX的基本策略,不僅要抑制NOX的生成，還要?jiǎng)?chuàng)造有利于NOX還原的條件富燃料燃燒-創(chuàng)造富燃料區(qū)，降低局部氧濃度，抑制揮發(fā)分氮進(jìn)一步生成NOX，在密相區(qū)中上部揮發(fā)份析出燃燒的2

12、0～50ms時(shí)間內(nèi)是控制NOx生成的最佳時(shí)機(jī)控制好爐膛溫度-盡可能減少熱力型NOX的生成,按所需費(fèi)用,各種降低NOX技術(shù)的次序 1.燃燒調(diào)整 2.鍋爐局部改造 3.SNCR 5.SCR (90%的CFB不需要采用此技術(shù))這一次序也是脫硝效率增加的次序,,各種降低NOX排放值的方法,三.燃燒調(diào)整,基本原理-更好的實(shí)現(xiàn)空氣分級(jí)及低溫燃燒將熱循環(huán)回路分為3個(gè)區(qū)域分級(jí)燃燒通過合理的燃燒組織，進(jìn)一步降低NOX排放值以比

13、較經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)NOX超低排放值得注意的是，有些技術(shù)措施可能有悖于傳統(tǒng)的強(qiáng)化燃燒的概念，須綜合考慮,具體實(shí)施方法,步驟 （1）查明運(yùn)行存在問題-通過研究鍋爐設(shè)計(jì)資料、分析以往運(yùn)行參數(shù)記錄數(shù)據(jù)、事故記錄和現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查，查明運(yùn)行問題之所在，初步判斷產(chǎn)生問題的原因，并提出為解決問題而即將開展的運(yùn)行優(yōu)化與燃燒調(diào)整試驗(yàn)方案或計(jì)劃 （2）冷態(tài)試驗(yàn)-標(biāo)定、校驗(yàn)、核對(duì)鍋爐現(xiàn)場的重要表計(jì)：煙風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)流量、溫度、壓力和氧量表等；汽水系統(tǒng)的汽水流

14、量、溫度、壓力和汽包水位計(jì)等 （3）熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)-對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整和改進(jìn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)（不推薦采用正交試驗(yàn)），給煤（粒度）調(diào)整，風(fēng)量調(diào)整，回料器調(diào)整，床溫及床壓調(diào)整，Ca/S調(diào)整等,冷態(tài)試驗(yàn),循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容主要包括：一、二次風(fēng)道和分支風(fēng)道的風(fēng)量測量元件標(biāo)定空床阻力特性試驗(yàn)；布風(fēng)均勻性試驗(yàn)；料層阻力特性試驗(yàn)；臨界流化風(fēng)量測定；循環(huán)回路冷態(tài)特性試驗(yàn)；風(fēng)機(jī)出力檢查試驗(yàn)；油槍出力標(biāo)定及霧化特性試驗(yàn)。重點(diǎn)

15、標(biāo)定鍋爐一次風(fēng)、二次風(fēng)、返料風(fēng)測量裝置,,風(fēng)量標(biāo)定方法,用畢托管測得現(xiàn)場實(shí)際風(fēng)流量（標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量）與一次測量元件輸出動(dòng)壓值之間的關(guān)系標(biāo)定系數(shù)K風(fēng)速風(fēng)量糾正鍋爐在線風(fēng)量表的錯(cuò)誤查清鍋爐在線風(fēng)量表與實(shí)際風(fēng)量的偏差,標(biāo)定系數(shù)K,熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn),給煤調(diào)整試驗(yàn) -給煤量調(diào)整 -給煤粒度的調(diào)整,流化床鍋爐推薦的入爐煤最大粒徑dmax和燃料Kf值的關(guān)系曲線,配煤試驗(yàn),有條件的電廠，摻燒Nar及Sar低的煤種

16、,配風(fēng)試驗(yàn),調(diào)整床溫-變一、二次風(fēng)比率改善燃燒-加強(qiáng)二次風(fēng)的混合及擾動(dòng)作用，提高燃 燒效率減輕磨損-降低過渡區(qū)床料對(duì)直段水冷壁管的沖刷,總風(fēng)量優(yōu)化試驗(yàn),即改變爐膛出口空氣系數(shù)al”降低飛灰可燃物含量（q4)兼顧降低q2，使q2＋q4為最小優(yōu)化總風(fēng)量，控制爐膛煙氣速度，減輕爐內(nèi)磨損低過量空氣系數(shù)運(yùn)行可減少NOX的生成量,回料器試驗(yàn),功能-按需要量回送循環(huán)灰至爐膛；相對(duì)隔絕爐膛下部與分離器

17、之間的壓力差（LOOP SEAL ）原理-U型回料閥形成自平衡返料無煙煤當(dāng)風(fēng)量過大時(shí)會(huì)出現(xiàn)超溫及堵灰現(xiàn)象松動(dòng)風(fēng)過大會(huì)影響循環(huán)量,,變床溫試驗(yàn),安全運(yùn)行提高燃燒效率滿足脫硫及NOX達(dá)標(biāo)排放的要求,變床壓（爐膛物料濃度）試驗(yàn),床壓指流態(tài)化的氣固流體在床底（布風(fēng)板）面積上的壓力減輕爐內(nèi)磨損,脫硫及NOX排放試驗(yàn),變Ca／S比試驗(yàn)，優(yōu)化脫硫和NOX排放工況改變運(yùn)行參數(shù)對(duì)脫硫及NOX排放的影響SO2和NOX達(dá)標(biāo)排放,以ND 電廠

18、300MWCFB為例，調(diào)整后NOX排放從調(diào)整前的380mg/m3降低至250mg/m3，降幅34%,四.低氮改造,在Turow電廠235MW CFB鍋爐取得的重要經(jīng)驗(yàn)是對(duì)分離器的改進(jìn)，達(dá)到降低NOx排放值的目的。,改進(jìn)前和改進(jìn)后分離器顆粒濃度數(shù)值模擬,在Turow電廠235MW CFB鍋爐取得的重要經(jīng)驗(yàn)是對(duì)分離器的改進(jìn)，由于分離效率未達(dá)到理想值，波蘭科學(xué)研究院流體機(jī)械研究所用Fluent軟件對(duì)分離器進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)分離器內(nèi)流場有偏斜

19、現(xiàn)象，根據(jù)模擬結(jié)果在分離器進(jìn)口加速段加裝翼板，流場得到改善，分離效率提高，使飛灰粒度變細(xì)，NOX排放值大幅下降,其它改造方案,布風(fēng)板的改造-（漏渣問題）二次風(fēng)口的改造煙氣再循環(huán)燃料分級(jí)飛灰再循環(huán)爐內(nèi)受熱面,內(nèi)江高壩電廠100MW CFB鍋爐,,通過噴氨/尿素來減少NOX通常由分離器入口處噴入O2+2NO2+4 NH3—6H2O+3N2O2+4NO+4NH3—6H2O+4N2 脫硝率可達(dá)50%～70%(

20、max),五.SNCR技術(shù),SNCR溫度窗口比較窄，850℃～1100℃CFB鍋爐變負(fù)荷過程的爐膛出口溫度會(huì)降低,不利于SNCR增加運(yùn)行費(fèi)用0.3分/(kwh) 可作為協(xié)同脫硝技術(shù),超低排放與深度脫除實(shí)例,實(shí)例1-美國JEA 300MW CFBSar=5%~7%的石油焦Nar=1.47%美國JEA 300MW CFBCFB+SAD+SNCR脫硫效率98.8%(97.5%+1.3%)SAD-Spray Dryer Abs

21、orber 噴霧干燥吸收塔SO2=249 mg/m3NOx=91mg/m3,46,JEA脫硫性能及NOX排放值,,,47,實(shí)例2-臺(tái)灣臺(tái)塑石化150MW CFB,CFB+SNCR, 實(shí)現(xiàn)超低NOX排放 (小于60 mg/m3) 在分離器入口噴氨旋風(fēng)分離器作為脫除反應(yīng)器,氣相混合物強(qiáng)烈停留時(shí)間長臺(tái)灣臺(tái)塑石化股份有限公司2X150MW CFB,因處于麥寮工業(yè)園區(qū),石油焦， Sar=6.5% Nar=1.1

22、%, NOx要求小于123mg/m3，實(shí)際45mg/m3,48,其它實(shí)例,美國AES 2×250MW CFB,美國波多黎各Guayama電廠 2×250MW CFB美國Sewerd 2×290MW CFB美國Spurlock電廠Gilbert3號(hào)機(jī)組 268MW CFB鍋爐實(shí)施效果NOx小于60mg/m3同時(shí)加裝FDA(快速干燥劑吸收塔),,尿素與NO的還原反應(yīng)：2NO

23、 + 2NH3 + 1/ 2O2 →2N2 + 3H2O2NO + CO(NH2) 2 + 1/ 2O2 →2N2 + CO2 + 2H2O,尿素水溶液在最佳溫度區(qū)域的滯留時(shí)間在噴射位置尿素水溶液與煙氣的混合程度尿素滯留時(shí)間：0.5~3s最佳氨氮比煙氣中部分SO2轉(zhuǎn)化為SO3，引發(fā)酸腐蝕和積灰,,NH3+SO3+H2O → NH4SO4/(NH4)2SO4,SNCR 方法應(yīng)用于 CFB燃燒脫硝的關(guān)鍵技術(shù),THANK YOU!