CN105276598A - 同时控制生物质CFB锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法 - Google Patents

同时控制生物质CFB锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同时控制生物质CFB锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法，包括：1)对送入生物质CFB锅炉的炉膛中的燃料进行元素分析，确定燃料中N/Cl摩尔比值、单位燃料中N元素和Cl元素的质量含量；2)根据N/Cl摩尔比值及给料量，控制硫酸氢铵溶液控制作用阀和硫酸铵溶液控制作用阀动作，控制硫酸铵溶液和硫酸氢铵溶液按比例喷入到炉膛出口或旋风筒分离器。本发明通过向生物质循环流化床锅炉中喷入可控比例的硫酸铵和硫酸氢铵溶液，实现生物质CFB锅炉的低NOx排放，达到国家排放标准，同时起到缓解生物质循环流化床锅炉受热面结焦和腐蚀问题，确保生物质循环流化床锅炉的安全经济及低排放运行。

Description

同时控制生物质CFB锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法
【技术领域】
本发明涉及可再生能源利用技术领域，特别是涉及利用碱金属硫酸化控制生物质CFB锅炉受热面沉积腐蚀同时脱除NOx的方法。
【背景技术】
生物质能源作为一种“CO2零排放”的清洁可再生能源，其开发和利用对缓解能源供应紧张和温室气体的减排等具有重要意义，目前已经受到了世界各国的广泛关注。我国生物质能蕴含丰富，每年产量高达数亿吨标准煤，其对于减少煤的供应以及确保中国能源供应安全具有巨大的潜力，在《可再生能源中长期发展规划》中提到2020年我国生物质发电总装机容量将达到30000MW。然而，生物质燃料中碱金属和氯元素含量较高，极易造成燃烧设备受热面结焦腐蚀问题，严重威胁燃烧设备安全运行和经济性。
目前针对生物质的燃烧利用主要是采用循环流化床，其燃烧产生的氮氧化物(NOx)排放量(一般为200mg/m3)虽然较低于燃煤产生的，但却仍远超最新国家环保标准(100mg/m3)。可见对于生物质循环流化床产生的氮氧化物的处理已经迫不容缓，但由于生物质循环流化床锅炉的装机容量一般远小于燃煤锅炉，如果采用选择性催化还原法(SCR)脱除氮氧化物时，投资成本较高，收益较小，所以目前主要是利用非催化还原法(SNCR)向炉膛喷入尿素等溶液对氮氧化物进行脱除。
目前采用SNCR方法处理NOx主要里是向炉膛喷入尿素溶液，这主要是由于尿素在高温下会发生分解释放出NH3，释放出来的NH3进而与烟气中NOx发生还原反应达到NOx脱除目的。事实上，除了尿素以外，硫酸铵和硫酸氢铵在高温下也会发生分解释放出NH3，达到NOx脱除目的，但与此同时，硫酸铵和硫酸氢铵分解还会产生SO2，而释放的SO2会与碱金属氯化物反应释放HCl，减少沉积物物中碱金属氯化物及氯元素的存在，对防止受热面的结焦腐蚀有显著效果。
公告号为CN101198679B的中国专利公开了一种防止锅炉的热传递表面沉积氯的方法，主要是向锅炉过热器区域喷入硫酸铁、硫酸铝等溶液，防止沉积物中氯的产生，从而减缓受热面的结焦腐蚀。国际专利申请WO02/059526A1公开了一种在燃烧过程中捕捉碱金属控制燃烧受热面结焦腐蚀的方法，主要是向炉膛中喷入硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸亚铁或硫酸中某种含硫化合物。上述专利虽然在控制由生物质燃料中碱金属和氯引起的结焦腐蚀有比较明显的效果，但该专利运用的同时需要配备NOx处理装置，否则NOx排放无法达到国家标准，影响设备的投放运行，然而配备NOx处理装置会增加投资成本及系统的复杂性。
申请号为CN103752160A的中国专利申请公开了一种实现循环流化床锅炉NOx超低排放的方法，通过在循环流化床锅炉中喷入氨水和氢气来与循环流化床烟气中的NOx发生选择性非催化还原反应，实现NOx超低排放。申请号CN104307338A的中国专利申请公开了一种尿素SNCR系统，主要是在锅炉烟道或旋风筒分离器中喷入尿素，保证尿素高温释放的氨与烟气中NOx经强烈扰动达到充分混合，提高NOx的非催化还原效率，降低NOx排放。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种同时控制生物质循环流化床锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法，实现生物质循环流化床锅炉燃烧同时脱硝除氯，降低投资成本。本发明通过向生物质循环流化床炉膛出口处喷入可控比例的硫酸铵或硫酸氢铵溶液，能够起到缓解生物质循环硫化床锅炉受热面结焦腐蚀的同时，并实现低NOx排放，达到国家排放标准。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种同时控制生物质循环流化床锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法，包括以下步骤：
1)燃料元素分析：对送入生物质循环流化床锅炉的炉膛中的燃料进行元素分析，确定燃料中N与Cl元素的摩尔比值，并将燃料中N/Cl摩尔比值、单位燃料中N元素和Cl元素的质量含量输入控制系统；
2)确定喷入的溶液及喷入剂量：根据N/Cl摩尔比值及生物质循环流化床的给料量，控制系统输出信号并控制硫酸氢铵溶液控制作用阀和硫酸铵溶液控制作用阀动作，控制硫酸铵溶液和硫酸氢铵溶液按比例喷入到炉膛出口或旋风筒分离器。
步骤2)中，
当燃料中N/Cl摩尔比值X≥0.3时，此时控制系统仅控制硫酸铵溶液控制作用阀动作，并保证喷入硫酸铵溶液中氮与炉膛中燃料的氮摩尔比为0.3～0.6：1；
当燃料中N/Cl摩尔比值X≤0.15时，此时控制系统仅控制硫酸氢铵溶液控制作用阀动作，并保证喷入硫酸氢铵溶液中硫与炉膛中燃料的氯摩尔比为1.5～3:1；
而当燃料中N/Cl比值为：0.15＜X＜0.3时，此时控制系统控制硫酸氢铵溶液控制作用阀和硫酸铵溶液控制作用阀同时动作，通过控制硫酸铵溶液和硫酸氢铵溶液的喷入比例保证喷入溶液中N/S摩尔比值与燃料中N/Cl摩尔比值之比为4：15，且此时喷入溶液中氮与燃料中氮摩尔比为0.3～0.6：1。
所述燃料为生物质燃料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过向生物质CFB锅炉炉膛出口或旋风筒分离器中喷入硫酸铵或硫酸氢铵溶液，针对不同N/Cl比的生物质燃料，通入比例控制的硫酸铵和硫酸氢铵溶液，释放出NH3和SO2气体，保证了烟气中NOx和沉积物中氯的同时脱除，达到NOx的低排放效果，并防止生物质循环流化床受热面的结焦腐蚀问题。
【附图说明】
图1为采用本发明的系统整体结构示意图。
图中：1硫酸氢铵溶液控制作用阀、2控制系统、3硫酸铵溶液控制作用阀、4喷枪、5转向室、6旋风筒分离器、7炉膛。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明一种同时控制生物质循环流化床锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法，包括以下步骤：
1)燃料元素分析：对送入炉膛7中的燃料进行元素分析，确定燃料中N与Cl元素的摩尔比值，并将燃料中N/Cl摩尔比值、单位燃料中N元素和Cl元素的质量含量输入控制系统2；
2)确定喷入的溶液及喷入剂量：根据N/Cl摩尔比值及生物质循环流化床的给料量，控制系统2输出信号并控制硫酸氢铵溶液控制作用阀1和硫酸铵溶液控制作用阀3动作。当燃料中N/Cl摩尔比值X≥0.3时，此时控制系统2仅控制硫酸铵溶液控制作用阀3动作，并保证喷入硫酸铵溶液中氮与炉膛7中燃料的氮摩尔比为0.3～0.6：1；当燃料中N/Cl摩尔比值X≤0.15时，此时控制系统2仅控制硫酸氢铵溶液控制作用阀1动作，并保证喷入硫酸氢铵溶液中硫与炉膛7中燃料的氯摩尔比为1.5～3:1；而当燃料中N/Cl比值为：0.15＜X＜0.3时，此时控制系统2控制硫酸氢铵溶液控制作用阀1和硫酸铵溶液控制作用阀3同时动作，通过控制硫酸铵溶液和硫酸氢铵溶液的喷入比例保证喷入溶液中N/S摩尔比值与燃料中N/Cl摩尔比值之比为4：15，且此时喷入溶液中氮与燃料中氮摩尔比为0.3～0.6：1。
每次给料间隔间溶液均匀喷入旋风筒分离器6或炉膛7中，每个间隔间喷洒的溶液量根据每次的给料量确定。
本发明针对目前生物质燃烧利用过程中存在的沉积腐蚀及氮氧化物排放不达标的问题，并根据不同N/Cl比值的生物质燃料，通过控制调节硫酸铵和硫酸氢铵溶液喷入比例，保证生物质循环流化床NOx低排放及受热面沉积物中低含量的氯，同时控制循环流化床受热面沉积腐蚀和脱除NOx。

Claims (3)

1.一种同时控制生物质CFB锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)燃料元素分析：对送入生物质CFB锅炉的炉膛中的燃料进行元素分析，确定燃料中N与Cl元素的摩尔比值，并将燃料中N/Cl摩尔比值、单位燃料中N元素和Cl元素的质量含量输入控制系统；
2)确定喷入的溶液及喷入剂量：根据N/Cl摩尔比值及生物质循环流化床的给料量，控制系统输出信号并控制硫酸氢铵溶液控制作用阀和硫酸铵溶液控制作用阀动作，控制硫酸铵溶液和硫酸氢铵溶液按比例喷入到炉膛出口或旋风筒分离器。
2.根据权利要求1所述的一种同时控制生物质循环流化床锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法，其特征在于，步骤2)中，
当燃料中N/Cl摩尔比值X≥0.3时，此时控制系统仅控制硫酸铵溶液控制作用阀动作，并保证喷入硫酸铵溶液中氮与炉膛中燃料的氮摩尔比为0.3～0.6：1；
当燃料中N/Cl摩尔比值X≤0.15时，此时控制系统仅控制硫酸氢铵溶液控制作用阀动作，并保证喷入硫酸氢铵溶液中硫与炉膛中燃料的氯摩尔比为1.5～3:1；
而当燃料中N/Cl比值为：0.15＜X＜0.3时，此时控制系统控制硫酸氢铵溶液控制作用阀和硫酸铵溶液控制作用阀同时动作，通过控制硫酸铵溶液和硫酸氢铵溶液的喷入比例保证喷入溶液中N/S摩尔比值与燃料中N/Cl摩尔比值之比为4：15，且此时喷入溶液中氮与燃料中氮摩尔比为0.3～0.6：1。
3.根据权利要求1所述的一种同时控制生物质循环流化床锅炉受热面结焦腐蚀和NOx排放的方法，其特征在于，所述燃料为生物质燃料。
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