循環(huán)流化床鍋爐低負荷脫硝技術(shù)的研究

張景偉 王峰

摘 ?要：目前的 CFB 鍋爐實施脫硝技術(shù)主要集中在將噴槍的位置設(shè)置在旋風分離器入口，但是在鍋爐低負荷時分離器入口煙溫低于800℃，脫硝效果低無法滿足超低排放要求。目前常規(guī)的做法為將噴槍布置于爐膛上部，但是因為 CFB 鍋爐灰濃度過大，無法布置長槍，難以保證脫硝劑與煙氣的均勻混合，使得脫硝的效率不令人滿意，同時，噴槍磨損及損壞情況非常嚴重，特開展低負荷脫硝方案及技術(shù)路線的研究與試驗。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐 ? ?脫硝

概述

目前的CFB鍋爐實施脫硝技術(shù)主要集中在將噴槍的位置設(shè)置在旋風分離器入口，但是在鍋爐低負荷時分離器入口煙溫低于800℃，脫硝效果低無法滿足超低排放要求。目前常規(guī)的做法為將噴槍布置于爐膛上部，但是因為 CFB 鍋爐灰濃度過大，無法布置長槍，難以保證脫硝劑與煙氣的均勻混合，使得脫硝的效率不令人滿意，噴槍磨損及損壞情況非常嚴重。

潘三電廠#1、2機組超低排放改造后，通過啟停機及低負荷期間數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)機組點火并網(wǎng)初期由于爐內(nèi)循環(huán)尚未建立，旋風分離器入口溫度低于700℃甚至更低，在此時間段NOx污染物排放值折標后在280—450mg/Nm3之間嚴重超污染物排放限值（<200mgNm3）。我廠SNCR系統(tǒng)在旋風分離器入口低于700℃以下時是無法滿足點火并網(wǎng)初級及低負荷時污染物指標排放與超低值。根據(jù)省調(diào)要求潘三電廠將納入深度調(diào)峰機組，為了保障深度調(diào)峰期間NOX污染物指標滿足超低排放限值要求，特開展低負荷脫硝方案及技術(shù)路線的研究與試驗。

一、設(shè)備概況

潘三電廠鍋爐 （DG440/13.8-II8型）單汽包、自然循環(huán)、循環(huán)流化床燃燒方式。鍋爐主要由一個水冷壁爐膛，兩臺汽冷式旋風分離器和一個有汽冷包墻包覆的尾部豎井（HRA）三部分組成。爐膛內(nèi)布置有屏式受熱面：六片屏式過熱器管屏、四片屏式再熱器管屏和一片水冷分隔墻。四個排渣口布置在爐膛后水冷壁下部，分別對應(yīng)兩臺滾筒式冷渣器，其余兩個為事故排渣口。爐膛與尾部膜式豎井之間，布置有兩臺汽冷式旋風分離器，其下部各布置一臺“J”閥回料器。尾部采用雙煙道結(jié)構(gòu)，前煙道布置兩組低溫再熱器，后煙道由上至下依次布置有高溫過熱器、低溫過熱器，向下前后煙道合成一個，在其中布置有螺旋肋片管省煤器和臥式空氣預(yù)熱器。空氣預(yù)熱器采用光管式，沿爐寬方向雙進雙出。過熱器系統(tǒng)中設(shè)有兩級噴水減溫器，再熱器系統(tǒng)中布置有事故噴水減溫器和微噴減溫器。

鍋爐給沒采用前墻給煤，共設(shè)6個給煤口、4個石灰石給料口，石灰石給料口在落煤管處。上、中、下三層播煤風將燃料均勻的送入左右側(cè)爐膛。為了防止煙氣反串至給煤機，給煤機密封風由進入空預(yù)器前的一次冷風提供。播煤風由空預(yù)器出口的一次熱風提供（一次熱風200℃左右），由于一次風壓較高（12-14KPa），故取消播煤增壓風機。

二、項目實施方案

潘三電廠組織技術(shù)人員多次進行方案和技術(shù)路線論證，最終確定在上二次風管內(nèi)增設(shè)尿素噴槍用于檢驗并網(wǎng)初期低負荷脫硝效率試驗。

項目實施方案如下：

1）將尿素槍布置于上二次風管內(nèi)，利用二次風將還原劑進行充分的混合，有效提高脫硝效率，本次試驗采用與原SNCR同類型長槍，噴槍設(shè)置選擇初期應(yīng)充分考慮爐內(nèi)5Kpa背壓，以克服阻力增大接觸面積獲得更好的脫硝效率。噴槍無需插入爐膛內(nèi)，避免了噴槍磨損、堵塞、燒蝕，噴槍冷卻使用二次風冷卻避免重新設(shè)置冷卻風系統(tǒng)。

2）潘三電廠上二次風管共設(shè)置12根，本次試驗新增加12只尿素噴槍，噴槍主要技術(shù)指標按如下參數(shù)實施。噴嘴材質(zhì)：310S 。噴槍材質(zhì)：316L 。保護噴槍的冷卻風套管材質(zhì)：310S。噴嘴、噴槍、冷卻風套管最高工作溫度：1000 ℃，所選材料為耐磨、抗高溫及防腐特性，能承受反應(yīng)溫度窗口區(qū)域的最高溫度、高灰，而不產(chǎn)生任何損壞。噴槍不設(shè)置冷卻風，冷卻風采用二次風。噴嘴尿素溶液/霧化風壓力范 0.2-0.3 MPa，噴嘴霧化采用壓縮空氣霧化：壓縮空氣0.3-0.4 MPa。

3）尿素噴槍入口噴嘴平均液滴粒徑：60μm，噴嘴最大液滴粒徑：100μm;爐內(nèi)噴嘴平均液滴粒徑：60μm，噴嘴最大液滴粒徑：100μm;合理液滴尺寸和粒徑分布，使還原劑具有強的穿透能力和充分分布，與煙氣中的NOx 混合良好。

4）尿素溶液母管及霧化風所需壓縮空氣從9米平臺接入，經(jīng)聯(lián)箱及分配閥門進入各分支噴槍內(nèi)。

三、效果分析：

（一）、啟機階段并網(wǎng)初期試驗效果分析：

說明：下部脫硝為上二次風管處脫硝，上部脫硝為旋風分離器入口處脫硝，聯(lián)合脫硝為上二次風管處脫硝加旋風分離器入口處脫硝。

數(shù)據(jù)分析：

1、上表1數(shù)據(jù)第1、2組為汽機沖轉(zhuǎn)前，爐膛出口溫度低于450℃，爐膛下部溫度A側(cè)達650℃、B側(cè)低于550℃時，投入下部脫硝噴槍。噴槍出力由0.4MPa增加至0.65MPa，觀察NOx原始排放值約為380mg/m3較為穩(wěn)定，無下降趨勢。說明在床溫分布不均勻，煙氣溫度偏低的情況下，投入脫硝系統(tǒng)基本無效果。

2、上表1數(shù)據(jù)第3、4組為機組初始帶負荷低于45MW，爐膛出口溫度低于450℃，爐膛下部溫度兩側(cè)均超過600℃，且煙溫分布相對均勻，投入下部脫硝噴槍。噴槍出力0.65MPa、流量約為1100L/H，NOx原始排放值基本控制在110-120 mg/m3。

3、上表1數(shù)據(jù)第5組為機組初始帶負荷低于45MW，比較減小下部脫硝噴槍出力，壓力低于0.6MPa時，觀察NOx原始排放值呈上升趨勢，控制在150-180 mg/m3，說明降低脫硝噴槍壓力，將會減弱噴槍的穿透力，減少了尿素與煙氣的接觸面積，使得脫硝效率降低。

4、 上表1數(shù)據(jù)第6組為退出全部脫硝噴槍時，NOx原始排放情況，基本穩(wěn)定在300 mg/m3。

5、上表1數(shù)據(jù)第7組為投下部脫硝槍情況，第8組為投上部脫硝槍情況。在噴槍維持出力基本一致的情況下，投入上部NOx原始排放值在200 mg/m3以上，投入下部NOx原始排放值在100 mg/m3左右。

6、上表1數(shù)據(jù)第9組為上下部脫硝噴槍聯(lián)合投入，NOx原始排放值在60 mg/m3左右。

（二）機組正常運行后，低負荷不同階段試驗數(shù)據(jù)分析：

低負荷試驗期間數(shù)據(jù)記錄如下：

數(shù)據(jù)分析：

1、投運二次風SNCR脫硝系統(tǒng)時，機組負荷53MW，A側(cè)尿素流量395L/H，B側(cè)尿素流量331L/H，出口氮氧化物實測值28mg/Nm3，折算值32mg/Nm3，出口氮氧化物能控制50mg/Nm3以內(nèi)。

2、旋風分離器SNCR+二次風SNCR聯(lián)合投運，機組負荷41MW，A側(cè)尿素流量483L/H，B側(cè)尿素流量438L/H，出口氮氧化物實測值22mg/Nm3，折算值30mg/Nm3;上下聯(lián)合投運，出口氮氧化物能控制在50mg/Nm3以內(nèi)。

3、試驗階段停運尿素輸送泵，機組負荷40MW，出口氮氧化物實測值最高58mg/Nm3，折算值最高80mg/Nm3。數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，投運上部旋風分離器SNCR脫硝系統(tǒng)，投運大約10分鐘，出口氮氧化物實測值58mg/Nm3，折算值72mg/Nm3，出口氮氧化物沒有降低。

4、旋風分離器SNCR系統(tǒng)投運10分鐘，出口數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，退出分離器SNCR脫硝系統(tǒng)，投運二次風SNCR脫硝系統(tǒng)，出口氮氧化物實測值31mg/Nm3，折算值41mg/Nm3，出口氮氧化物在50mg/Nm3以內(nèi)。

5、下圖為低負荷運行期間DCS畫面截屏（30%BMCR工況），污染物排放指標滿足超低排放改造要求。

綜合分析：

1、機組在點火啟動階段，機組負荷低于40MW，NOx原始排放值能控制在200 mg/m3以內(nèi);機組負荷高于40-65MW ，NOx原始排放值能控制在100 mg/m3左右，但無法實現(xiàn)超低排放;同時尿素輸送壓力影響較大，基本要維持在0.6MPa以上。

2、冷態(tài)啟動投二次風SNCR脫硝系統(tǒng)，雖沒有達到脫硝反應(yīng)的最佳溫度，但出口氮氧化物實測值能控制在200mg/Nm3以內(nèi)，與投運旋風分離SNCR系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比已能滿足啟機階段的NOx污染物達標排放，該時段脫硝效率能保障在40%-50%左右。

3、在進行低負荷脫硝階段試驗期間，通過二次風SNCR系統(tǒng)獨立運行、與原SNCR系統(tǒng)聯(lián)合運行均能保障在30%BMCR及以上低負荷運行能夠滿足超低排放要求，其脫硝效率最高可達到50%以上。本次試驗充分驗證了在上二次風布置SNCR系統(tǒng)可以滿足低負荷調(diào)峰期間污染物超低排放。

4 結(jié)束語

經(jīng)過此次下二次風管脫硝改造，機組在點火啟動階段負荷低于40MW，NOx原始排放值能控制在200 mg/m3以內(nèi);負荷在40-65MW，NOx原始排放值能控制在100 mg/m3左右，但無法實現(xiàn)超低排放;同時尿素輸送壓力影響較大，基本要維持在0.6MPa以上。在機組正常運行后，機組進行深度調(diào)峰，NOx原始排放能實現(xiàn)超低排放，此次脫硝改造試驗達到了預(yù)期的目的。

參考文獻

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[2] 循環(huán)流化床鍋爐運行與檢修（第二版） ?中國水利水電出版社 ? ? ? ? ? 2005

[3]中華人名共和國電力行業(yè)標準DL/T 1035.5-2006 ? ? ?2006

[4] 電力工程材料（通用材料 ）ISBN 7-5083-0432-2 ?中國電力出版社 ? 2000

作者簡介：

張景偉：淮南礦業(yè)集團發(fā)電有限責任公司潘三電廠生技部主管，工程師 ?郵編：232096

王峰 ? ? ?淮南礦業(yè)集團發(fā)電有限責任公司潘三電廠 ? ?工程師 ?郵編：232096