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,孫獻斌華能清潔能源技術研究院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,3,一.CFB鍋爐的環(huán)保特性,11臺CFB鍋爐性能試驗數(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燃燒大部分NOX排放值100～250 mg/Nm3個別CFB達到380 mg/Nm3生物質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系，而收到基含硫量Sar與原始SO2是多值性關系。對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，當收到基含硫量Sar約為1.5%時，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,排放值的預測,[mg/Nm3],煤每1MJ發(fā)熱量所產(chǎn)生的干煙氣容積在α=1.4時為0.3678Nm3/MJ,這個估算值的誤差在±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%，計算煤的自身鈣硫摩爾比msin=0.94,,CFB鍋爐中NOx的排放值的預測,燃料中氮理論上完全轉化為 時的排放值按下式計算 式中 —燃料中的氮理論上全部轉化為NOx時的排放值，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實際CFB 的NOx排放值和氮轉化率及爐膛溫度有關CR—燃料中氮轉化率，%；KT—溫度修正系數(shù),,,1MW CFB試驗裝置,爐膛高度23m,（ABB-CE：3MWth，18m)；燃燒脫硫反應過程和實爐相當一致；已完成40個工程項目76種煤、40種石灰石的燃燒脫硫試驗；有燃燒各種類型燃料的豐富經(jīng)驗；試驗數(shù)據(jù)對大型CFB鍋爐設計具有重要指導作用。,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;臭氧會對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;臭氧還會破壞人體的免疫機能,誘發(fā)淋巴細胞瘤,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)后會引起急性或慢性中毒，主要表現(xiàn)為對肺的損害NO2與碳氫化物反應形成光化學煙霧，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?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氫燃料先在高溫下反應生成中間產(chǎn)物N、NCH、CN等，然后快速與氧反應，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系,NOX生成機理,CFB燃燒N2O排放量偏大的主要原因與其生成機理有關，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

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

11、要研究深度脫除技術,20,環(huán)保排放標準新舊比對,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準》（GB13223-2003）,,,,,,火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機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，還要創(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時間內(nèi)是控制NOx生成的最佳時機控制好爐膛溫度-盡可能減少熱力型NOX的生成,按所需費用,各種降低NOX技術的次序 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)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-更好的實現(xiàn)空氣分級及低溫燃燒將熱循環(huán)回路分為3個區(qū)域分級燃燒通過合理的燃燒組織，進一步降低NOX排放值以比

13、較經(jīng)濟的方式實現(xiàn)NOX超低排放值得注意的是，有些技術措施可能有悖于傳統(tǒng)的強化燃燒的概念，須綜合考慮,具體實施方法,步驟 （1）查明運行存在問題-通過研究鍋爐設計資料、分析以往運行參數(shù)記錄數(shù)據(jù)、事故記錄和現(xiàn)場實地調(diào)查，查明運行問題之所在，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行優(yōu)化與燃燒調(diào)整試驗方案或計劃 （2）冷態(tài)試驗-標定、校驗、核對鍋爐現(xiàn)場的重要表計：煙風系統(tǒng)的風流量、溫度、壓力和氧量表等；汽水系統(tǒng)的汽水流

14、量、溫度、壓力和汽包水位計等 （3）熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整試驗-對運行參數(shù)進行合理的調(diào)整和改進，根據(jù)經(jīng)驗（不推薦采用正交試驗），給煤（粒度）調(diào)整，風量調(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,循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)試驗內(nèi)容主要包括：一、二次風道和分支風道的風量測量元件標定空床阻力特性試驗；布風均勻性試驗；料層阻力特性試驗；臨界流化風量測定；循環(huán)回路冷態(tài)特性試驗；風機出力檢查試驗；油槍出力標定及霧化特性試驗。重點

15、標定鍋爐一次風、二次風、返料風測量裝置,,風量標定方法,用畢托管測得現(xiàn)場實際風流量（標準風量）與一次測量元件輸出動壓值之間的關系標定系數(shù)K風速風量糾正鍋爐在線風量表的錯誤查清鍋爐在線風量表與實際風量的偏差,標定系數(shù)K,熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整試驗,給煤調(diào)整試驗 -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值的關系曲線,配煤試驗,有條件的電廠，摻燒Nar及Sar低的煤種

16、,配風試驗,調(diào)整床溫-變一、二次風比率改善燃燒-加強二次風的混合及擾動作用，提高燃 燒效率減輕磨損-降低過渡區(qū)床料對直段水冷壁管的沖刷,總風量優(yōu)化試驗,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)運行可減少NOX的生成量,回料器試驗,功能-按需要量回送循環(huán)灰至爐膛；相對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風量過大時會出現(xiàn)超溫及堵灰現(xiàn)象松動風過大會影響循環(huán)量,,變床溫試驗,安全運行提高燃燒效率滿足脫硫及NOX達標排放的要求,變床壓（爐膛物料濃度）試驗,床壓指流態(tài)化的氣固流體在床底（布風板）面積上的壓力減輕爐內(nèi)磨損,脫硫及NOX排放試驗,變Ca／S比試驗，優(yōu)化脫硫和NOX排放工況改變運行參數(shù)對脫硫及NOX排放的影響SO2和NOX達標排放,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)驗是對分離器的改進，達到降低NOx排放值的目的。,改進前和改進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)驗是對分離器的改進，由于分離效率未達到理想值，波蘭科學研究院流體機械研究所用Fluent軟件對分離器進行了數(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)模擬結果在分離器進口加速段加裝翼板，流場得到改善，分離效率提高，使飛灰粒度變細，NOX排放值大幅下降,其它改造方案,布風板的改造-（漏渣問題）二次風口的改造煙氣再循環(huán)燃料分級飛灰再循環(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50%～70%(

20、max),五.SNCR技術,SNCR溫度窗口比較窄，850℃～1100℃CFB鍋爐變負荷過程的爐膛出口溫度會降低,不利于SNCR增加運行費用0.3分/(kwh) 可作為協(xié)同脫硝技術,超低排放與深度脫除實例,實例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,實例2-臺灣臺塑石化150MW CFB,CFB+SNCR, 實現(xiàn)超低NOX排放 (小于60 mg/m3) 在分離器入口噴氨旋風分離器作為脫除反應器,氣相混合物強烈停留時間長臺灣臺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，實際45mg/m3,48,其它實例,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號機組 268MW CFB鍋爐實施效果NOx小于60mg/m3同時加裝FDA(快速干燥劑吸收塔),,尿素與NO的還原反應：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)域的滯留時間在噴射位置尿素水溶液與煙氣的混合程度尿素滯留時間：0.5~3s最佳氨氮比煙氣中部分SO2轉化為SO3，引發(fā)酸腐蝕和積灰,,NH3+SO3+H2O → NH4SO4/(NH4)2SO4,SNCR 方法應用于 CFB燃燒脫硝的關鍵技術,THANK YOU!