鍋爐低氮燃燒+SCR經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行分析

李躍軍

(唐山三友化工股份有限公司 安全管理部，河北唐山 063305)

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鍋爐低氮燃燒+SCR經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行分析

李躍軍

(唐山三友化工股份有限公司 安全管理部，河北唐山 063305)

熱電公司對(duì)5號(hào)鍋爐采用低氮燃燒器與SCR聯(lián)合脫硝方式改造后，燃燒器降低了NOx的總生成量的30%～46%，SCR二次脫硝使鍋爐氮氧化物排放量低于50 mg/Nm3。聯(lián)合脫硝方式大大降低了SCR的運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)其它同類鍋爐脫硝工程具有一定的參考價(jià)值。

鍋爐；低氮燃燒器；SCR；經(jīng)濟(jì)性；分析

熱電公司5號(hào)鍋爐自投運(yùn)以來(lái)，滿負(fù)荷時(shí)NOx排放值高達(dá)650 mg/Nm3，由于國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)，國(guó)家最新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》即將頒布，按新標(biāo)準(zhǔn)要求，燃煤電廠的NOx排放濃度不超過(guò)50 mg/Nm3(折算到O2=6%)。自2016年1月1日起，新建燃煤發(fā)電鍋爐的NOx排放濃度限值按新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；自2015年10月1日起，現(xiàn)有燃煤發(fā)電鍋爐的NOx排放濃度限值按新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 如果執(zhí)行最新超低排放限值，就需要對(duì)鍋爐進(jìn)行相應(yīng)的改造，以滿足鍋爐出口的NOx排放值達(dá)到不超過(guò)50 mg/Nm3(折算到O2=6%)的要求。對(duì)于NOx排放值超過(guò)600 mg/Nm3以上的機(jī)組，多采用“低氮燃燒改造+SCR”相結(jié)合的方法。SCR脫硝在降低煙氣NOx含量的同時(shí)，高昂的脫硝運(yùn)行費(fèi)用使發(fā)電企業(yè)不堪重負(fù)。于是，如何減少鍋爐爐膛內(nèi)NOx生成量，從而降低SCR脫硝運(yùn)行成本成為研究的新課題。低氮燃燒器能大大降低爐內(nèi)NOx的生成，燃燒器改造逐漸成為火力發(fā)電企業(yè)降低煙氣NOx含量的重點(diǎn)改造之一。在今后火力發(fā)電機(jī)組的脫硝改造中，“先降后脫”的聯(lián)合脫硝方式必然是大勢(shì)所趨。

1 改造前設(shè)備參數(shù)

公司5號(hào)鍋爐為濟(jì)南鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)、制造的高溫高壓?jiǎn)五佂沧匀谎h(huán)煤粉爐，鍋爐型號(hào)為YG-480/9.8-M。燃燒器為濟(jì)鍋生產(chǎn)設(shè)計(jì)的正四角布置的直流式燃燒器,采用百葉窗濃度分離器，燃燒器主要參數(shù)如表1。

表1 燃燒器主要參數(shù)

燃燒器采用均勻配風(fēng)方式，燃燒器噴口位置布置自上而下為：3-3-2-1-2-1-2-1-2-1-2。中、下二次風(fēng)噴嘴中裝有點(diǎn)火裝置，每只油槍正常點(diǎn)火時(shí)為1 250 kg/h，單只天然氣燃燒器流量為1 271 Nm3/h。

表2 送風(fēng)機(jī)參數(shù)

表3 磨煤機(jī)參數(shù)

2 改造方案介紹

在鍋爐負(fù)荷大于80%的BMCR時(shí)，進(jìn)行煤粉燃燒器和燃燼風(fēng)燃燒器以及燃燒器區(qū)域氣氛的調(diào)整。

2.1 煤粉燃燒器的調(diào)整

1)確定燃燼風(fēng)燃燒器噴口設(shè)定在初始位置，其冷卻風(fēng)流量在設(shè)定值(擋板開(kāi)度5%)。

2)確定煤粉燃燒器一次風(fēng)速在正常運(yùn)行值。

3)在上述基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行煤粉燃燒器的調(diào)整，在保持爐膛出口氧量不變的情況下，保持總風(fēng)量和一次風(fēng)量不變，二次風(fēng)和一次風(fēng)的分配比例，觀察燃燒器區(qū)域燃燒情況，確定燃燒器二次風(fēng)的不同配風(fēng)方式對(duì)燃燒的影響。

4)保持總風(fēng)量和一次風(fēng)量不變，調(diào)整各層燃燒器二次風(fēng)的不同分配比例，改變爐膛火焰中心位置，觀察各層燃燒器二次風(fēng)的不同分配方式對(duì)爐膛溫度場(chǎng)、蒸汽參數(shù)和煙氣參數(shù)的影響，確定合理的二次風(fēng)配風(fēng)方式。二次風(fēng)的絕大部分是通過(guò)輔助風(fēng)噴口進(jìn)入爐膛，它的大小則根據(jù)總風(fēng)壓來(lái)調(diào)節(jié)。

2.2 燃燼風(fēng)燃燒器噴口的調(diào)整

達(dá)到試驗(yàn)負(fù)荷時(shí)，保持鍋爐運(yùn)行氧量穩(wěn)定，對(duì)鍋爐燃燼風(fēng)燃燒器進(jìn)行調(diào)整，以掌握燃燼風(fēng)量變化對(duì)機(jī)組NOx排量與鍋爐熱效率的影響。

2.3 爐膛出口煙溫偏差調(diào)整

上部燃燼風(fēng)燃燒器擋板開(kāi)度是根據(jù)鍋爐負(fù)荷來(lái)切投，鍋爐負(fù)荷為50%～75% MCR時(shí)由下往上開(kāi)2層燃燼風(fēng)燃燒器擋板(第1層、第2層)；75%～100% MCR時(shí)再開(kāi)最上3層燃燼風(fēng)燃燒器擋板(第3層)。

燃燼風(fēng)燃燒器上下擺動(dòng)可以調(diào)節(jié)爐膛出口煙溫，調(diào)整范圍±30°。燃燼風(fēng)燃燒器水平擺動(dòng)調(diào)節(jié)爐膛出口煙溫偏差。現(xiàn)在就地設(shè)定位置都在0°，如果運(yùn)行中爐膛出口煙溫偏差大，根據(jù)燃燼風(fēng)燃燒器噴口向上向下調(diào)整指針來(lái)改變?nèi)紶a風(fēng)燃燒器噴口角度，左右水平調(diào)整采用就地手動(dòng)，調(diào)整范圍為±10°。

通過(guò)燃燼風(fēng)燃燒器水平擺動(dòng)消弱爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，減少爐膛出口處的氣流殘余旋轉(zhuǎn)，使受熱面左、右煙道兩側(cè)的煙氣速度偏差和煙氣溫度偏差現(xiàn)象大為減少，降低鍋爐主、再熱汽溫偏差。

2.4 降低鍋爐NOx的調(diào)整

改造后的低氮燃燒器根據(jù)NOx的生成機(jī)理，采用“燃料分級(jí)+風(fēng)分級(jí)”技術(shù)，利用垂直煤粉濃淡分離技術(shù)將同一股煤粉氣流分離成上下布置的濃相和淡相兩股射流，同時(shí)采用燃燒器頂部大間距布置頂部燃燼風(fēng)。同時(shí)增加3層，頂部風(fēng)量增加到30%，通過(guò)采用分級(jí)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)降低NOx生成及排放的目的。

試驗(yàn)鍋爐負(fù)荷達(dá)到460 t/h左右時(shí)，緩慢調(diào)整二次風(fēng)門，觀察爐內(nèi)燃燒情況。逐漸降低爐膛出口氧量，達(dá)到2.5%左右時(shí)穩(wěn)定。同時(shí)增加開(kāi)啟燃燼風(fēng)風(fēng)量，穩(wěn)定爐膛出口氧量，達(dá)到降低NOx目的。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果

1)二次風(fēng)采用正寶塔配風(fēng)，各角二次風(fēng)分風(fēng)門對(duì)應(yīng)開(kāi)度從上到下為60%、70%、80%、100%。單臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)啟停制粉系統(tǒng)對(duì)應(yīng)兩個(gè)角的上上二次風(fēng)門至100%。

2)二次風(fēng)各角風(fēng)門開(kāi)度根據(jù)各角風(fēng)壓的實(shí)際情況調(diào)整，原則是各角二次總風(fēng)壓一致，風(fēng)壓在0.4～0.5 kPa，保證爐膛火焰中心及爐內(nèi)火焰充滿度。

3)燃燼風(fēng)的配風(fēng)，上排全開(kāi)、中下排全關(guān)，燃燼風(fēng)各擺角調(diào)至55%，根據(jù)制粉系統(tǒng)的投入情況，用燃燼風(fēng)角風(fēng)門調(diào)整氧量均衡。

4)爐膛負(fù)壓保持在-30～-10 Pa。

5)氧量控制在2.5%～3.0%之間。

6)負(fù)荷在450 t/h以上時(shí)，送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓在4.3 kPa左右。

7)周界風(fēng)開(kāi)度在50%～60%。

8)NOx測(cè)量數(shù)據(jù)，見(jiàn)表4。

表4 NOx測(cè)量數(shù)據(jù)

3 改造前后的運(yùn)行效果對(duì)比分析

引用鍋爐省煤器出口處NOx數(shù)值，改造前后NOx 折算濃度如下(標(biāo)態(tài)、O2含量6%)：改造前SCR入口NOx濃度650 mg/Nm3，改造后SCR入口NOx濃度390 mg/Nm3。

T=A×B×t×γ=(650-390)mg/Nm3×600 000 Nm3/h ×7 200 h×0.374/106=420.08 t

式中：T為每年需要液氨用量;

A為SCR入口低氮燃燒前后NOx濃度差;

B為BMCR工況下的煙氣量;

t為每年運(yùn)行時(shí)間;

γ為減少NOx所消耗液氨的比例。

經(jīng)計(jì)算得出單臺(tái)爐每年低氮燃燒器改造脫除NOx需要消耗液氨量約為420.08 t，液氨價(jià)格按2 550元/t計(jì)算。

S=420.08 t×2 550元/t=107.12×104元

低氮燃燒器改造后每年液氨投入的費(fèi)用將節(jié)省107.12萬(wàn)元，改造后每年僅僅液氨一項(xiàng)就減少投入費(fèi)用省107.12萬(wàn)元，液氨投入量降低的同時(shí)，氨逃逸量也大大降低，控制氨逃逸量，就等于切斷了硫酸氫銨生成的源頭，沒(méi)有了硫酸氫銨的沉積，空預(yù)器堵塞的可能性將大大降低，節(jié)省停爐檢修費(fèi)用10萬(wàn)元/年。排污費(fèi)最新核定方法規(guī)定，污染物排放濃度低于排放標(biāo)準(zhǔn)一半以下的，排污費(fèi)可以減半征收，全年節(jié)省排污費(fèi)36.72萬(wàn)元/年。因此低氮燃燒器改造后所有節(jié)省費(fèi)用共計(jì)153.84萬(wàn)元。

從改造后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，5號(hào)鍋爐完成低氮燃燒器改造后，NOx的排放量由原來(lái)的650 mg/Nm3左右降低了60%～70%，脫硝運(yùn)行的整體性能有所改善。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)采用低氮燃燒器與SCR聯(lián)合脫硝方式，降低了脫硝的運(yùn)行費(fèi)用，燃燒器改造后大大降低了NOx的生成量，減少了SCR運(yùn)行成本，不但改善了本地區(qū)的空氣質(zhì)量，還節(jié)約了排污費(fèi)用、檢修費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙豐收，同時(shí)為公司節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做出積極地貢獻(xiàn)。

[1] 田耀鵬，嵇鷹.低NOx燃燒和排放控制技術(shù)的研究進(jìn)展[J].電力環(huán)境保護(hù)，2009(1)

[2] 錢琛林.空氣分級(jí)低NOx燃燒技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].上海電力，2010(1)

[3] 河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，河北省環(huán)保廳.DB 13/2209—2015燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].2015

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1005-8370(2016)04-42-04

2016-06-12

李躍軍(1982—)，唐山三友化工股份有限公司熱電分公司安全管理部副主任工程師。