SNCR脱硝法在350MW超临界循环流化床锅炉上的应用

2019-03-2907:38:01 发表评论 25

1、前言

CFB锅炉出口烟气中含尘量大, NOx排放相对煤粉炉要低的多,采用SNCR工艺时, 脱硝催化剂飞灰磨损严重, 炉内脱硫产物易导致催化剂中毒, 此外省煤器出口烟温相对较低, 须对省煤器进行分级, 布置难度较大,SNCR脱硝工艺应用在CFB锅炉上整体技术经济性不佳。

反而SNCR脱硝工艺的反应温度窗口和CFB锅炉炉膛烟气出口温度范围比较吻合,CFB锅炉旋风分离器中的烟气流场的情况非常有利于喷人的还原剂和烟气的良好混合, 并保证了充分的反应时间,使SNCR脱硝工艺成为CFB锅炉最为适合的烟气脱硝工艺,并可获得非常较高的脱硝效率, 进而实现CFB锅炉NOx的超低排放。

2、河曲电厂技术特点

河曲电厂锅炉为东方锅炉厂生产的循环流化床、超临界参数, 一次中间再热直流锅炉、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构。

锅炉主要技术参数如下:

SNCR脱硝工艺350MW超临界循环流化床锅炉上的应用

锅炉采用床下风道燃烧器的点火方式。

烟气脱硝采用SNCR脱硝工艺, 还原剂采用工业级合格品质的尿素, 设计脱硝效率不小于75 % , 排放浓度小于50 mg / Nm3 。该锅炉炉膛出口BRL工况下烟气温度约为850 ℃左右,满足SNCR脱硝工艺800一1100 ℃ 最佳反应温度窗口的要求SNCR喷枪布置在旋风分离器入口, 能够保证还原剂和烟气在旋风分离器内充分混合和反应停留时间。

3、SNCR工艺原理

尿素SNCR的工艺原理是在没有催化剂的情况下, 向800 ℃一1100 ℃ 炉膛中喷入尿素溶液, 尿素溶液与烟气中的NOx反应并生成无危害的N2和H2O。

其反应表示为:

NH2CONH2 → 2NH3 + HNCO

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

2N02 + 4NH3 + 02 → 3N2 + 6H2O

2NO + 2HNCO + 1/2 02 → 2N2 + 2CO2 + H2O

在SNCR系统中, 影响脱硝效率的因素主要有反应温度、NH3与NOx的化学计量比、混合程度、NO x排放浓度、反应时间、氨逃逸率等。SNCR工艺的温度控制至关重要, 若温度过低, NH3的反应不完全, 容易造成氨逃逸;而温度过高, NH3则容易被氧化为NO, 抵消了NH3的脱硝效果。温度过高或过低都会导致还原剂损失和NO x脱销效率下降。

4、SNCR脱硝系统说明

电厂购买的袋装颗粒尿素储存在尿素储存间内,经斗提机送人尿素溶解罐,与尿素溶解罐中按比例补充除盐水中充分混合溶解,配制成50 % w t 浓度的尿素溶液。溶解罐中溶液通过蒸汽加热维持在40一50 ℃,并设置有搅拌器合格的尿素溶液通过输送泵送人尿素溶液储罐中。

尿素溶液通过多级离心式循环泵输送至锅炉区域进行稀释及尿素溶液计量,根据锅炉负荷调节尿素溶液供应量, 多余尿素溶液通过环形回路返回尿素溶液储罐。稀释水泵出口的稀释水管路分别与循环泵出来的尿素溶液管路连接, 通静态混合器混合后配置成浓度约为1 5一20 % 的尿素溶液输送至锅炉区域。稀释水系统设置压力调节阀,以保证喷枪人口的尿素溶液压力, 达到要求的喷射效果。

尿素溶液稀释与计量系统通过流量控制阀和压力调节阀自动调节进人每个锅炉注人区域的尿素溶液浓度和流量, 以响应烟气中NOx的浓度、锅炉负荷的变化。

尿素溶液通过稀释与计量之后进人分配系统,由分配系统分配到各旋风分离器SNCR喷枪区域, 根据运行需要, 对需要不同控制的区域的SNCR喷枪分别进行流量分配, 每支管道上设置流量调节阀及电动控制阀。

尿素溶液管道上设置手动调节阀, 在脱硝系统调试时调整各个喷射器的尿素溶液流量。

尿素溶液支管设置就地流量计, 并设置就地压力表, 监测压力情况。

5、应用分析

众所周知, 影响SNCR 脱硝效率的因素主要包括反应温度、氨与烟气的混合程度、停留时间、NOx 排放浓度、氨与NOx的摩尔比和氨逃逸率等。以下结合SNCR在河曲电厂的应用情况, 对各影响因素进行分析。

5.1  电厂不同负荷工况的运行参数

SNCR脱硝工艺350MW超临界循环流化床锅炉上的应用

通常循环流化床锅炉SNCR脱销的最佳反应温度在800-1100℃,由于350MW超临界循环流化床锅炉采用了低床温低床压得技术,该厂在50-100%负荷工况下旋风分离器入口运行的烟气温度在700-880℃之间,75%符合以下实际运行烟温均低于上述的最佳反应温度。从上述的运行效果来看,Nox排放也能实现较好的效果,主要原因是温度降低时,虽然脱销反应效率有所下降,通过分级燃烧的有效控制,锅炉NOx的生成量也会相对较少。

5.2    NOx排放量与喷氨量的关系

图1为该厂300MW负荷下NOx随喷氨量变化的曲线。

SNCR脱硝工艺350MW超临界循环流化床锅炉上的应用

从图1可见,尿素溶液喷入量从0.22m3/h增加到0.35m3/h时,NOx排放浓度从61.8mg/Nm3多减小到42.7 mg/Nm3,基本成线型关系。可以将NOx排放浓度作为脱硝系统控制的反馈信号, 用于跟为精确的调节脱硝系统的运行。单从表1显示的情况来看,低负荷时喷氨量的增加对NOx脱除效果的影响并不十分明显, 反而会造成氨逃逸量的增加, 主要原因为低负荷时烟气温度相对较低, 此时的脱硝效率也较低。

5.3    烟道出口的含氧量与NOx浓度的关系

图2为175MW负荷相同尿素喷入量的情况下, 出口烟道含O2量变化与NOx排放量关系的曲线。

SNCR脱硝工艺350MW超临界循环流化床锅炉上的应用

从图2可见,随出口烟道含氧量的增加, NOx排放量也随之增大, 因此SNCR脱硝系统的运行应控制好出口烟道的含氧量, 即控制好循环流化床过量空气系数、 一二次风的分配以及二次风的分级和燃烧组织等。SNCR脱硝在低负荷时, 氧量对NOx排放的影响更为突出。

5.4    氨逃逸与温度的关系

图3为达到相同的NOx排放浓度时氨逃逸随温度的变化曲线。

SNCR脱硝工艺350MW超临界循环流化床锅炉上的应用

从图3可见, 达到同样的NOx排放浓度的情况下800°C以上氨逃逸随温度变化较小, 而800°C以下随温度的降低氨逃逸逐渐增加, 700~750°C低温时表现的更为明显。这说明反应温度越低脱硝效率降低的越多, 因此低负荷时应在保证排放达标的情况下更为注意氨逃逸的控制。

6、结论

根据河曲电厂350MW超临界循环流化床锅炉实际的运行情况, 350MW超临界循环流化床锅炉虽然实际的运行温度区间略低于最佳的反应温度区间,但采用低氮燃烧+SNCR脱硝工艺实现NOx超低排放仍是可行的。350MW超临界循环流化床锅炉通过分级燃焼优化技术,控制燃烧温度,调整配风方式,控制优化燃烧过程,尤其是低负荷时有效控制烟道中的含氧量,从而有效降到NOx的排放浓度,实现NOx的超低排放。(来源循环流化床发电)

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