CN104696951B - 一种循环流化床锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝的方法 - Google Patents

一种循环流化床锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种循环流化床锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝的方法，该方法在循环流化床锅炉中实施，沿着烟气的走向，该锅炉包括炉膛、旋风分离器和尾部烟道，该方法包括：在脱硫剂的存在下，将燃料煤给料至所述炉膛内进行燃烧，燃烧产生的烟气经过旋风分离器进行气固分离，分离出的烟气流经尾部烟道排出；其中，所述锅炉的运行床温为850‑890℃，所述燃料煤的热值不高于3500kcal/kg，颗粒粒度在1mm以下的重量比例不高于20％；所述旋风分离器入口的烟气流速为28‑30m/s；其中，所述脱硫剂通过“多点喷入、多级变径”的方式添加到所述炉膛中。本发明提供的技术方案，实现CFB锅炉SO2、NOX排放均小于200mg/m3的目标，满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)的要求。

Description

一种循环流化床锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝的方法
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝的方法。
背景技术
循环流化床(CFB)燃烧技术是近年发展起来的一种新型的清洁燃烧技术，在国内外得到了广泛应用和大力发展。一方面循环流化床锅炉燃料适应性广，可燃用一般动力煤，也可燃用洗选下来的煤矸石、洗中煤和煤泥等；另一方面循环流化床锅炉具有燃烧效率高，炉内高效脱硫，并且氮氧化物(NOX)低排放等环保特性；同时循环流化床锅炉还具有负荷调节范围大，低负荷稳燃性好，灰渣易于综合利用等优点，因此循环流化床燃烧技术是目前我国燃煤技术领域内最适用和最现实的高效清洁燃烧技术。但随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)实施，绝大部分已投产的CFB机组存在SO2、NOX排放难以达标的问题，特别是无外置床循环流化床锅炉床温控制手段有限，SO2、NOX的达标排放异常困难。
国内CFB锅炉现阶段治理污染物达标排放的方式多样，脱硫方式采用的有湿法脱硫、半干法脱硫、炉内喷钙脱硫等；脱硝方式采用选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)。目前CFB锅炉脱硫、脱硝实现达标排放主要有以下三种技术：一是采用湿法脱硫和SCR脱硝改造，其特点是脱硫、脱硝效率高，但初投资和运行成本高；二是采用湿法脱硫和SNCR脱硝改造，其特点是脱硫、脱硝效率高，但脱硝效率相对SCR偏低；三是采用炉内喷钙脱硫和SNCR脱硝，其特点是脱硫、脱硝效率高，初投资成本较低，但脱硝效率相对SCR偏低。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述缺陷，提供一种循环流化床锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝的方法，在低成本下，实现CFB锅炉SO2和NOX排放量均小于200mg/m3的标准。
为了实现上述目的，本发明提供了一种循环流化床锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝的方法，该方法在循环流化床锅炉中实施，沿着烟气的走向，该锅炉包括炉膛、旋风分离器和尾部烟道，其中，该方法包括：在脱硫剂的存在下，将燃料煤给料至所述炉膛内进行燃烧，燃烧产生的烟气经过旋风分离器进行气固分离，分离出的烟气流经尾部烟道排出，
其中，所述锅炉的运行床温为850-890℃，所述燃料煤的热值不高于3500kcal/kg，颗粒粒度在1mm以下的比例不高于20％；所述旋风分离器入口的烟气流速为28-30m/s；
其中，所述脱硫剂通过“多点喷入、多级变径”的方式添加到所述炉膛中，所述“多点喷入、多级变径”通过如下的方式实现：
在旋风分离器下部设置有返料器，所述返料器用于将旋风分离器分离出的物料输送至炉膛；其中，所述脱硫剂通过两套脱硫剂输送系统输送至炉膛，其中一套输送系统将脱硫剂通过所述返料器送入炉膛，另一套输送系统将脱硫剂通过用于提供氧量的二次风风口和/或用于供给燃料煤的给煤口送入炉膛，实现脱硫剂在炉内的均匀给入；并且其中，用于向返料器中输送脱硫剂的脱硫剂输送系统的输送管路在入炉前由1条分为2-3条，用于向提供氧量的二次风风口和/或用于供给燃料煤的给煤口输送脱硫剂的脱硫剂输送系统的输送管路在入炉前由1条分为2条，再由2条分为4条。
优选的，进入炉膛的一次风风量与二次风风量的比例为1:1-1.5。
本发明提供的技术方案，充分挖掘CFB锅炉在清洁燃烧方面的潜力，经过研究和应用CFB锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝技术，实现CFB锅炉SO2、NOX排放均小于200mg/m3(折合6％的O2)的目标，满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)的要求；同时避免持续高昂的设备和运维费用投入，减轻发电企业的生产经营压力，能够取得良好的经济效益和社会效益，推动CFB机组产业的健康发展。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明用于向循环流化床锅炉内提供脱硫剂的装置。
附图标记说明
1脱硫剂粉仓 2脱硫剂输送设备 3循环流化床锅炉
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明中，术语“旋风分离器”为将燃料煤燃烧后产生的烟气中携带的物料分离出来的设备。其中，分离出来的物料通过密封回料系统送回炉膛继续燃烧，所述密封回料系统又称为“返料器”，因此，所述“返料器”位于锅炉的炉膛和旋风分离器之间，并位于旋风分离器下部，将旋风分离器分离出的物料运输至炉膛；
“一次风”是指用来提供布风板上部料层流态化过程和前期燃烧所需风量的称呼。分为三路，一路从炉膛底部进入，使床料流化，称为“流化风”；一路播散煤进入炉膛，使分布均匀，同时可密封冷却煤管，称为“播煤风”：一路对床下点火油枪提供助燃冷却风，称为“点火风”；
“二次风”是指提供炉内后期充分燃烧所需风量的称呼。二次风通过“二次风风门”进入炉膛；
“省煤器”是布置在锅炉尾部烟道内加热给水的部件。就是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面，由于它吸收了低温烟气的热量，降低了烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率，所以称之为省煤器。
本发明提供了一种循环流化床锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝的方法，该方法在循环流化床锅炉中实施，沿着烟气的走向，该锅炉包括炉膛、旋风分离器和尾部烟道，其中，该方法包括：在脱硫剂的存在下，将燃料煤给料至所述炉膛内进行燃烧，燃烧产生的烟气经过旋风分离器进行气固分离，分离出的烟气流经尾部烟道排出。
其中，所述锅炉的运行床温为850-890℃，所述燃料煤的热值不高于3500kcal/kg，颗粒粒度在1mm以下的比例不高于20％；所述旋风分离器入口的烟气流速为28-30m/s；
其中，所述脱硫剂通过“多点喷入、多级变径”的方式添加到所述炉膛中，所述“多点喷入、多级变径”通过如下的方式实现：
在旋风分离器下部设置有返料器，所述返料器用于将旋风分离器分离出的物料输送至炉膛；其中，所述脱硫剂通过两套脱硫剂输送系统输送至炉膛，其中一套输送系统将脱硫剂通过所述返料器送入炉膛，另一套输送系统将脱硫剂通过用于提供氧量的二次风风口和/或用于供给燃料煤的给煤口送入炉膛，实现脱硫剂在炉内的均匀给入；并且其中，用于向返料器中输送脱硫剂的脱硫剂输送系统的输送管路在入炉前由1条分为2-3条，用于向提供氧量的二次风风口和/或用于供给燃料煤的给煤口输送脱硫剂的脱硫剂输送系统的输送管路在入炉前由1条分为2条，再由2条分为4条。
本发明的发明人经过研究发现，制约现役CFB机组锅炉SO2和NOX达标排放的主要因素是CFB锅炉运行床温高，一般为950-980℃左右，偏离炉内脱硫、脱硝的最佳反应温度区间(850-890℃)，导致脱硫、脱硝效率低。
本发明的发明人在研究中发现，通过控制燃料煤的热值，并减少小于1mm粒径的细颗粒所占的比例，能够很好地降低流化床的床温，从而能够为有效地脱硫脱硝提供有利的条件。其中，所述锅炉的运行床温为850-890℃，所述燃料煤的热值不高于3500kcal/kg，优选为2900-3500kcal/kg，颗粒粒度在1mm以下的重量比例不高于20％。
另外，旋风分离器的分离效果较差，不能够充分地将固体颗粒从烟气中有效地分离出来，从而导致炉内循环灰量不足。但现有技术中通常将旋风分离器入口的烟气流速控制在不大于25m/s的条件下，并且不主张对旋风分离器入口的烟气的流速进行提速。但本发明的发明人发现，通过将旋风分离器入口的烟气的流速提高至28-30m/s，能够有效地将锅炉飞灰中位径d50回归至25μm以下，并且锅炉飞灰中位径d50≤25μm时，旋风分离器的分离效率会得到大大地提高，从而能够对烟气中的固体颗粒有效地分离，对炉内温度进行降低。
并且，脱硫剂在炉膛中不能够均匀分布，用于供给脱硫剂的设备稳定性较差。本发明的发明人又发现，通过将脱硫剂以“多点喷入”的方式给料至炉膛中，能够实现脱硫剂的均匀给入，以“多级变径”的方式对输送脱硫剂的管路进行设置，能够实现脱硫剂输送系统的连续可靠运行。
其中，用于向循环流化床锅炉内提供脱硫剂的装置如图1所示，该装置包括脱硫剂粉仓1，脱硫剂输送设备2为两套，其中的一套用以将脱硫剂粉仓1中的脱硫剂输送至循环流化床锅炉3的返料器，并且用于将脱硫剂输送至返料器中的管路在输送的过程中由一条分为2-3条，另一套用于用以将脱硫剂粉仓1中的脱硫剂送入循环流化床锅炉3的炉膛，并且用于将脱硫剂输送至炉膛中的管路在输送的过程中由一条分为2条，再有2条分为4条。通过如此的设置，实现了“多点喷入、多级变径”的脱硫剂给料方式。
根据本发明，所述脱硫剂的供给优选通过“自动控制”技术进行，所述“自动控制”技术的实现，可以以脱硫排放浓度设定值为导向，实现脱硫剂的自动添加。
本发明的发明人在研究中还发现，通过将进入炉膛的一次风风量与二次风风量的比例控制在1:1-1.5的优选范围内，能够进一步提高循环流化床锅炉的脱硫脱硝效率。
本发明对所述脱硫剂的用量并没有特别的限制，在使用本发明技术方案的情况下，本领域技术人员可以根据燃料煤的种类以及预期达到的效果自行确定。
根据本发明，所述脱硫剂可以为本领域常规使用的各种脱硫剂，例如，所述脱硫剂可以为石灰石。
在CFB锅炉中，通常在沿炉膛的高度方向上具有二层二次风层，每层二次风层具有多个二次风门，本发明的发明人发现，通过对所述二次风门进行如下的控制能够有效的对燃料煤进行分级燃烧，从而进一步提高脱硫脱硝效率：上层二次风门的开度大于下层二次风门的开度，每层二次风层中间二次风门的开度大于两侧二次风门的开度。其中，所述“开度”具有本领域公知的含义，是指风门打开的角度，例如，开度0.5，是指开50％，即开度为45度。
其中，本发明只要保证如上的各二次风门开度的相对关系便可进一步提高脱硝效率，但本发明的发明人进一步发现，相对于上层二次风门的开度，下层二次风门的开度为其开度的80-100％，相对于中间二次风门的开度，两侧二次风门的开度为其开度的80-100％的条件下，所述分级燃烧能够得到进一步提高。
根据本发明，每层二次风层的风门个数均大于3个，其中，当风门的个数为3n-3(n+1)个，并不包括3(n+1)个时，中间两侧的风门分别为n个。
所述循环流化床的尾部烟道出通常设置有省煤器，根据本发明，为了进一步降低NOX的生成，用于提供氧量的二次风风量使得省煤器出口氧含量测点偏差优选在±0.2％以内。
根据本申请，术语“测点”具有本领域公知的含义，也即，是设置在省煤器中的用于测定出口氧量的固定测点。
另外，为了进一步提高脱硫脱硝效率，以ECR工况为基准，所述燃料煤为干燥无灰基挥发份含量为30-35％的烟煤，省煤器出口氧量控制在2-2.5％之间。所述燃料煤为干燥无灰基挥发份含量为35-40％的烟煤，省煤器出口氧量控制在1.5-2％之间。其中，氧量的控制可以通过二次风风量得以实现。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，以神华亿利电厂4×690t/h无外置循环流化床锅炉、燃料煤为干燥无灰基挥发份含量为30-35％的烟煤为例对本发明进行举例说明；其中，对于循环流化床锅炉的操作为本领域技术人员所公知。此处需要说明的是，在如下的实施例和对比例中，没有涉及的操作条件均按照本领域常规的操作条件进行，本发明在此不再详细赘述。
其中，脱硫剂使用石灰石；
石灰石的给入使用如图1所示的设备；
其中，省煤器出口氧含量偏差是指通过固定在省煤器出口处固定位置的氧气测量仪测得的氧量的偏差。
实施例
循环流化床锅炉在如下的条件下对燃料煤进行燃烧：
燃料煤的热值为2900-3500kcal/kg，颗粒粒度在1mm以下的重量比例为不高于20％；所述旋风分离器入口的烟气流速为28-30m/s；进入炉膛的一次风风量与二次风风量的比例为1:1-1.5；相对于上层二次风门的开度，下层二次风门的开度为其开度的80-100％，相对于中间二次风门的开度，两侧二次风门的开度为其开度的80-100％；省煤器出口的氧量测点偏差在±0.2％之内，氧量在2-2.5％。
测定尾部烟道中排出的二氧化硫含量和氮的氧化物含量，测定锅炉的运行床温，以及分离器的飞灰中位径、平均径和峰值。结果见表1。
对比例
按照实施例的方式对燃料煤进行燃烧，不同的是，所述旋风分离器入口的烟气流速为25m/s，用于将石灰石输送至炉膛中的管路在输送的过程中由1条分为4条。
测定尾部烟道中排出的二氧化硫含量和氮的氧化物含量，测定锅炉的运行床温，以及分离器的飞灰中位径、平均径和峰值。结果见表1。
表1
实施例 对比例
运行床温(℃) 850-890 920-960
飞灰中位径d50(μm) 22.23 55.95
平均径(μm) 34.27 108.3
峰值(μm) 31.50 105.9
二氧化硫含量(mg/m3) 小于200mg/m3 不达标
氮氧化物含量(mg/m3) 小于200mg/m3 不达标
脱硫效率(ECR工况) 不小于96.25％ 90％
系统可用率 ≥95％ 90％
石灰石给料自动投入率 不低于95％ 90％
由表1可以看出，采用本发明的技术方案能够有效的降低CFB的炉膛的温度，从而有效的脱硫脱硝。实现了CFB锅炉SO2、NOX排放均小于200mg/m3(折合6％的O2)的目标，满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)的要求，同时避免持续高昂的设备和运维费用投入，减轻发电企业的生产经营压力，能够取得良好的经济效益和社会效益，推动CFB机组产业的健康发展。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种循环流化床锅炉炉内一体化耦合脱硫脱硝的方法，该方法在循环流化床锅炉中实施，沿着烟气的走向，该锅炉包括炉膛、旋风分离器和尾部烟道，其特征在于，该方法包括：在脱硫剂的存在下，将燃料煤给料至所述炉膛内进行燃烧，燃烧产生的烟气经过旋风分离器进行气固分离，分离出的烟气流经尾部烟道排出；
其中，所述锅炉的运行床温为850-890℃，所述燃料煤的热值不高于3500kcal/kg，颗粒粒度在1mm以下的重量比例不高于20％；所述旋风分离器入口的烟气流速为28-30m/s；
其中，所述脱硫剂通过“多点喷入、多级变径”的方式添加到所述炉膛中，所述“多点喷入、多级变径”通过如下的方式实现：
在旋风分离器下部设置有返料器，所述返料器用于将旋风分离器分离出的物料输送至炉膛；其中，所述脱硫剂通过两套脱硫剂输送系统输送至炉膛，其中一套输送系统将脱硫剂通过所述返料器送入炉膛，另一套输送系统将脱硫剂通过用于提供氧量的二次风风口和/或用于供给燃料煤的给煤口送入炉膛，实现脱硫剂在炉内的均匀给入；并且其中，用于向返料器中输送脱硫剂的脱硫剂输送系统的输送管路在入炉前由1条分为2-3条，用于向提供氧量的二次风风口和/或用于供给燃料煤的给煤口输送脱硫剂的脱硫剂输送系统的输送管路在入炉前由1条分为2条，再由2条分为4条。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱硫剂为石灰石。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料煤的热值为2900-3500kcal/kg。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，进入炉膛的一次风风量与二次风风量的比例为1:1-1.5。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述循环流化床锅炉在沿炉膛的高度方向上具有二层二次风层，每层二次风层具有多个二次风门，其中，上层二次风门的开度大于等于下层二次风门的开度，每层二次风层中间二次风门的开度大于等于两侧二次风门的开度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于上层二次风门的开度，下层二次风门的开度为其开度的80-100％，相对于中间二次风门的开度，两侧二次风门的开度为其开度的80-100％。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述循环流化床的尾部烟道处还设置有省煤器，省煤器出口的氧量测点偏差控制在±0.2％之内。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，以ECR工况为基准，所述燃料煤为干燥无灰基挥发份含量为30-35％的烟煤，省煤器出口的氧量控制在2-2.5％。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，以ECR工况为基准，所述燃料煤为干燥无灰基挥发份含量为35-40％的烟煤，省煤器出口的氧量控制在1.5-2％。
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