低溫循環(huán)氧化吸收脫硝技術(shù)在CFB鍋爐超低改造中的應(yīng)用

何佳欣

摘 要：本文基于發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐煙氣排放達(dá)到超凈限值脫硝技術(shù)難題開(kāi)展技術(shù)研究與實(shí)施，對(duì)現(xiàn)有鍋爐低氮燃燒技術(shù)、SNCR（選擇性非催化還原法）系統(tǒng)進(jìn)行分析，研究利用現(xiàn)有煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫除塵（RCFB）設(shè)施，創(chuàng)新應(yīng)用低溫循環(huán)氧化吸收脫硝（COA）工藝技術(shù)提升煙氣脫硝技術(shù)裝備性能，鍋爐煙氣氮氧化物排放濃度滿(mǎn)足超低限值要求（即氮氧化物控制在50mg/Nm3以下），取得了顯著的效果。該技術(shù)投資費(fèi)用較低，運(yùn)行費(fèi)用較低，尾部受熱面腐蝕性和漏風(fēng)率較小，對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響最小，在電力行業(yè)處于較領(lǐng)先水平，具有較高的推廣價(jià)值，已在該廠#1、2、6、7鍋爐（2×60MW機(jī)組、2×135MW機(jī)組）超低排放改造中推廣使用，取得較好的環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益、安全效益。

關(guān)鍵詞：低溫循環(huán)氧化吸收脫硝;CFB鍋爐;超低改造;應(yīng)用分析

1研究背景

“十三五”期間，國(guó)家及江蘇省對(duì)環(huán)保工作要求越來(lái)越嚴(yán)，根據(jù)國(guó)家、江蘇省《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》和省政府《兩減六治三提升專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)方案》要求，“2019年底前，65蒸噸/小時(shí)及以上的燃煤鍋爐全部實(shí)現(xiàn)超低排放”。即在基準(zhǔn)氧含量6%的條件下煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3。

上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠一分廠共有4臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量為390MW，額定供熱能力200t/h，均為循環(huán)流化床鍋爐（CFB），現(xiàn)有脫硫、脫硝、除塵設(shè)施煙塵采用靜電除塵器加尾部煙氣布袋除塵器工藝，脫硫采用爐內(nèi)噴鈣加尾部煙氣半干法脫硫工藝，煙塵、二氧化硫排放濃度可以滿(mǎn)足國(guó)家《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）排放限值要求。脫硝采用低氮燃燒加選擇性非催化還原化（SNCR）工藝，在現(xiàn)有工藝情況下，氮氧化物排放濃度不能保證穩(wěn)定達(dá)到超低排放要求。

2循環(huán)流化床鍋爐脫硝技術(shù)研究

為保障該廠氮氧化物排放濃度能夠穩(wěn)定達(dá)到超低排放要求，破解循環(huán)流化床鍋爐煙氣排放達(dá)到超凈限值技術(shù)難題，對(duì)鍋爐現(xiàn)有低氮燃燒、選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)進(jìn)行研究，創(chuàng)新性提出基于半干法脫硫吸收塔作為反應(yīng)器的低溫循環(huán)氧化吸收（COA）脫硝技術(shù)在CFB鍋爐超低排放中進(jìn)行應(yīng)用研究，主要技術(shù)研究?jī)?nèi)容如下：

2.1 CFB鍋爐低氮燃燒技術(shù)研究

通過(guò)研究氮氧化物產(chǎn)生原理，研究從源頭降低氮氧化物生成，采取低氮燃燒工藝，降低后續(xù)脫硝成本。

通過(guò)提高鍋爐分離器效率，增加循環(huán)灰量，降低床溫，減少NOx生成;通過(guò)爐內(nèi)強(qiáng)化分級(jí)燃燒，對(duì)二次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，控制密相區(qū)氧量，減少NOx生成;旋風(fēng)分離器提效，縮小旋風(fēng)分離器進(jìn)口老鷹嘴尺寸。低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用后在實(shí)際運(yùn)行參數(shù)工況下NOx原始產(chǎn)生濃度低于150mg/Nm3（干煙氣，6%O2）。

2.2 選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)優(yōu)化研究

根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)資料、鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)和現(xiàn)有SNCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行條件，制定兩臺(tái)機(jī)組SNCR脫硝裝置設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理選型和布置方案，提高SNCR脫硝裝置脫硝效率等性能指標(biāo)、運(yùn)行安全可靠，并且投資省、能耗低。SNCR增容升級(jí)優(yōu)化完成后在實(shí)際運(yùn)行參數(shù)工況下進(jìn)入脫硫島的NOx濃度在50mg/Nm3左右。

2.3 低溫循環(huán)氧化吸收（COA）脫硝技術(shù)研究

如圖1，低溫循環(huán)氧化吸收（COA）脫硝技術(shù)的基本機(jī)理是采用半干法脫硫吸收塔作為反應(yīng)器，完全利用現(xiàn)有半干法脫硫裝置。煙氣首先與吸收劑和循環(huán)灰進(jìn)行充分預(yù)混合，在吸收塔的形成高密度的物料區(qū)域，利用區(qū)域內(nèi)部物料顆粒與煙氣之間激烈的湍動(dòng)，強(qiáng)化了氣固間的傳熱、傳質(zhì)（由物質(zhì)濃度不均勻而發(fā)生的質(zhì)量轉(zhuǎn)移過(guò)程）。以循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)激烈湍動(dòng)的、擁有巨大的表面積的吸附劑顆粒作為載體，液相脫硝劑通過(guò)COA專(zhuān)用雙流體噴槍噴入吸收塔，通過(guò)添加劑的強(qiáng)氧化和催化作用，將煙氣中難溶于水的NO轉(zhuǎn)化為NO2，并最終與鈣基吸收劑反應(yīng)脫除，同時(shí)對(duì)SO2、重金屬（特別是汞）、二噁英等污染物的脫除具有極大的促進(jìn)作用。因高壓霧化水的降溫、增濕作用，確保氣-固之間的反應(yīng)轉(zhuǎn)為快速的離子型反應(yīng)。由反應(yīng)區(qū)煙氣流速較低（約為4～6m/s），擁有足夠接觸時(shí)間，保證對(duì)NOx的高效脫除。其脫硝主要化學(xué)反應(yīng)為：

NaClO2作為脫硝劑，在前一個(gè)反應(yīng)中主要起強(qiáng)氧化作用，而在后一個(gè)Ca（OH）2與NO2吸收反應(yīng)中起催化作用。相關(guān)生成物均為無(wú)毒害的Ca（NO3）2、NaCl和H2O，對(duì)原有脫硫系統(tǒng)無(wú)其他危害。

3 COA脫硝技術(shù)在CFB鍋爐超低改造中的應(yīng)用

3.1 低溫循環(huán)氧化吸收（COA）工藝應(yīng)用分析

通過(guò)低氮燃燒、選擇性非催化還原（SNCR）升級(jí)優(yōu)化兩級(jí)脫硝技術(shù)應(yīng)用后，在實(shí)際運(yùn)行參數(shù)工況下，NOx濃度分別低于150mg/Nm3（干煙氣，6%O2）、50mg/Nm3左右，不能保證穩(wěn)定達(dá)到50mg/Nm3超低排放要求，需新增脫硝裝置確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3.2低溫循環(huán)氧化吸收（COA）工藝系統(tǒng)

該工藝系統(tǒng)主要由COA溶液存儲(chǔ)及輸送系統(tǒng)、稀釋水系統(tǒng)及溶液噴射系統(tǒng)組成。如圖2，設(shè)計(jì)一套溶液存儲(chǔ)及輸送系統(tǒng)，脫硝劑存儲(chǔ)系統(tǒng)采用直接外購(gòu)25%的液態(tài)亞氯酸鈉溶液，通過(guò)罐車(chē)與卸料泵管道連接的接口對(duì)接。設(shè)置兩臺(tái)卸料泵，一用一備;兩臺(tái)溶液輸送泵，用于將存儲(chǔ)罐中的溶液輸送至混合器中，輸送泵一用一備。在COA脫硝間內(nèi)設(shè)置一個(gè)廢水池和一臺(tái)廢水泵，設(shè)備及管道的沖洗水匯入廢水池內(nèi)，沖洗水優(yōu)先經(jīng)廢水泵輸送到存儲(chǔ)罐中循環(huán)使用。

脫硝劑技術(shù)要求如下：

脫硝劑主料為25%-30%亞氯酸鈉溶液，亞氯酸鈉溶液品質(zhì)符合工業(yè)亞氯酸鈉HG/T 3250-2010要求。亞氯酸鈉溶液屬于氧化劑，危險(xiǎn)化學(xué)品品名表（GB12268）將該物質(zhì)劃分為第8類(lèi)。

3.3 低溫循環(huán)氧化吸收（COA）稀釋水系統(tǒng)（圖3）

為滿(mǎn)足COA工藝的要求，需對(duì)脫硝劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂專(zhuān)O(shè)置一座COA稀釋水箱，設(shè)置三臺(tái)稀釋水泵，用于將稀釋水輸送至混合器。稀釋水泵兩用一備。溶液噴射系統(tǒng)：脫硝溶液在混合器中稀釋后，經(jīng)計(jì)量系統(tǒng)后輸送至COA專(zhuān)用雙流體噴槍?zhuān)?jīng)噴槍充分霧化的溶液噴入到吸收塔中完成脫硝過(guò)程。

3.4 COA協(xié)同脫硝系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最佳稀釋比探索

為了保證發(fā)電廠#1、2、6、7號(hào)鍋爐氮氧化物排放濃度穩(wěn)定達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)限值，均采用低氮燃燒、SNCR脫硝和COA協(xié)同脫硝工藝，其中COA協(xié)同脫硝工藝采用外購(gòu)25%的液態(tài)亞氯酸鈉溶液，該脫硝劑價(jià)格較為昂貴，約6000元/噸。為滿(mǎn)足COA工藝的要求，需通過(guò)稀釋水系統(tǒng)對(duì)脫硝劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂專(zhuān)芤涸诨旌掀髦邢♂尯螅?jīng)計(jì)量系統(tǒng)后輸送至COA專(zhuān)用雙流體噴槍?zhuān)?jīng)噴槍充分霧化的溶液噴入到吸收塔中完成脫硝過(guò)程。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，研究在不同稀釋比、不同溶液流量情況下的脫硝效果，得出結(jié)論如下：在正常投運(yùn)SNCR系統(tǒng)，沒(méi)有投運(yùn)COA系統(tǒng)時(shí)，脫硫島出口氮氧化物濃度為39.5mg/m3，投運(yùn)COA系統(tǒng)后，每種工況均持續(xù)時(shí)間10分鐘以上，主要研究如下，稀釋比相同、溶液流量不同時(shí)，（1）稀釋比2.0時(shí)，稀釋水泵300L/h，供料泵186L/h，出口總流量約500L/h，出口氮氧化物濃度降至13mg/m3;（2）稀釋比2.0時(shí)，稀釋水泵550L/h，供料泵260L/h，出口總流量約830L/h，出口氮氧化物濃度降至13.89mg/m3;（3）稀釋比2.5時(shí)，稀釋水泵420L/h，供料泵240L/h，出口總流量約700L/h，出口氮氧化物濃度降至14.5mg/m3。

通過(guò)研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在稀釋比2.0時(shí)，溶液總消耗流量約500L/h時(shí)，脫硝效果最為明顯，且試驗(yàn)過(guò)程中反應(yīng)較為靈敏，建議運(yùn)行在低氮燃燒、SNCR脫硝均不能保證氮氧化物達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)50mg/m3，需要投運(yùn)COA系統(tǒng)進(jìn)行脫硝時(shí)，按照稀釋比2.0、溶液總消耗流量500L/h左右進(jìn)行投運(yùn)，降低環(huán)保設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)語(yǔ)

（1）該項(xiàng)目充分研究利用現(xiàn)有煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫除塵（RCFB）設(shè)施，創(chuàng)新應(yīng)用低溫循環(huán)氧化吸收（COA）工藝技術(shù)提升煙氣脫硝技術(shù)裝備性能，鍋爐煙氣氮氧化物排放濃度滿(mǎn)足超低限值要求（即氮氧化物控制在50mg/Nm3以下），取得了顯著的效果，滿(mǎn)足發(fā)電廠生產(chǎn)需要。

（2）通過(guò)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物產(chǎn)生原理及脫除技術(shù)進(jìn)行研究，創(chuàng)新提出了以“鍋爐低氮燃燒技術(shù)+SNCR（選擇性非催化還原法）系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)+低溫循環(huán)氧化吸收（COA）深度脫硝（以亞氯酸鈉強(qiáng)氧化劑）”為核心的新型復(fù)合脫硝技術(shù)。復(fù)合脫硝技術(shù)水平在電力行業(yè)處于較領(lǐng)先水平，具有較高的推廣價(jià)值，已陸續(xù)在發(fā)電廠4臺(tái)鍋爐（2×60MW機(jī)組、2×135MW機(jī)組）超低排放改造中推廣使用，取得較好的環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益、安全效益。