CN106268261A - 一种sncr烟气脱硝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及烟气脱硝技术领域，本发明提供了一种SNCR烟气脱硝的方法，采用循环流化床锅炉脱硝系统，烟气与喷入的还原剂进行选择性非催化还原反应，从脱硝系统出口得到处理后的烟气，其中，根据脱硝系统出口NOX浓度的变化与循环流化床锅炉负荷的变化，实时调节所述还原剂的喷入量。本申请优化循环流化床锅炉SNCR烟气脱硝系统的还原剂用量的控制方法，在循环流化床锅炉负荷变动时，本申请脱硝效率稳定、良好，还原剂耗量减少，能达到锅炉SNCR脱硝系统最佳运行状态，对效率和经济性较为有利，适于规模化推广应用。

Description

一种SNCR烟气脱硝的方法
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种SNCR烟气脱硝的方法。
背景技术
烟气是气体和烟尘的混合物，是污染居民区大气的主要原因。烟气的成分很复杂，其中的气体包括水蒸汽、SO2、N2、O2、CO、CO2、碳氢化合物以及氮氧化合物(NOX)等。烟气中，NOX是NO、NO2等混合物的统称，是一种主要的大气污染物质，它与碳氢化合物在强光作用下能造成光化学污染；排放到大气中的NOX是形成酸雨的主要原因，严重危害生态环境。为防治环境污染，烟气脱硝即把已生成的NOX还原为N2，从而脱除烟气中的NOX，这一直是人们十分关注的问题。
循环流化床锅炉(CFB锅炉)被广泛应用于烟气脱硝，其脱硝系统主要包括燃烧室(炉膛)、过热器、布风装置、给料装置、分离器、物料循环系统、还原剂喷射系统和尾部烟道等结构。其中，SNCR烟气脱硝是目前循环流化床锅炉脱硝的重要方法之一。SNCR(选择性非催化还原法)脱硝的原理或过程通常包括：将还原剂如氨水、尿素或其他还原剂溶液经过必要的稀释后，通过雾化喷射系统直接喷入旋风分离器炉中合适的温度区域(通常为800℃～1100℃)，还原剂溶液雾化分解后，其中的氨基与烟气中NOX(NO、NO2等混合物)进行选择性非催化还原反应，将NOX转化成无污染的N2和H2O，从而达到降低NOX排放的目的。
由于影响因素较多，加上系统还原剂喷射点的温度较高，目前的循环流化床锅炉SNCR脱硝系统中，大多数只是在固定位置按照NOX出口浓度的反馈进行相应调节来控制还原剂用量，或者以固定喷射量喷入还原剂。当出口NOX浓度超过设定值时才加大还原剂的喷入量，由于测点在锅炉尾部，这时系统响应到NOX浓度减少会有至少几分钟的延迟，这段时间内的NOX浓度是超过设定值的；同样小于设定值时控制也会有所延迟。因此，锅炉负荷变动或原NOX初始浓度变动时，这样会造成还原剂耗量偏大，对效率和经济性有不利影响；或者造成还原剂耗量偏小，导致负荷变动时氨逃逸量增大或NOX排放增大，脱硝效果变差。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种SNCR烟气脱硝的方法，在循环流化床锅炉负荷变动时，本申请效率稳定、还原剂用量小，能达到锅炉SNCR脱硝系统最佳运行状态。
本发明提供一种SNCR烟气脱硝的方法，采用循环流化床锅炉脱硝系统，烟气与喷入的还原剂进行选择性非催化还原反应，从脱硝系统出口得到处理后的烟气，其中，根据脱硝系统出口NOX浓度的变化与循环流化床锅炉负荷的变化，实时调节所述还原剂的喷入量。
优选地，在循环流化床锅炉脱硝系统中，所述循环流化床锅炉的负荷以温度为基础，以给煤量、氧量和二次风门开度为辅助预测得到。
优选地，所述循环流化床锅炉脱硝系统包括：通过水平烟道与循环流化床锅炉出口相连的旋风分离器；
在循环流化床锅炉炉膛上部、旋风分离器入口水平烟道和旋风分离器烟气出口处分别喷射所述还原剂。
优选地，在循环流化床锅炉脱硝系统中，当循环流化床锅炉炉膛出口温度升到650℃时，在所述锅炉炉膛上部及旋风分离器入口水平烟道处分别喷射所述还原剂；当循环流化床锅炉高温过热器前温度升到700～750℃时，在旋风分离器烟气出口处喷射所述还原剂；
当所述高温过热器前温度升到800℃时，在所述锅炉炉膛上部停止喷射所述还原剂；当所述高温过热器前温度升到850℃时，在所述旋风分离器入口水平烟道处停止喷射所述还原剂。
优选地，所述循环流化床锅炉负荷的变化范围为1％～5％，实时调节所述还原剂的喷入量。
优选地，所述还原剂选自氨水、尿素或氰尿酸。
与现有技术相比，本发明提供的SNCR烟气脱硝的方法采用循环流化床锅炉脱硝系统，通过SNCR工艺进行烟气脱硝，其中，根据脱硝系统出口NOX浓度的变化与循环流化床锅炉负荷的变化，实时调节还原剂的喷入量。本申请优化循环流化床锅炉SNCR烟气脱硝系统的还原剂用量的控制方法，在循环流化床锅炉负荷变动时，本申请脱硝效率稳定、良好，还原剂耗量减少，能达到锅炉SNCR脱硝系统最佳运行状态，对效率和经济性较为有利。
附图说明
图1为本发明实施例提供的脱硝装置的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种SNCR烟气脱硝的方法，采用循环流化床锅炉脱硝系统，烟气与喷入的还原剂进行选择性非催化还原反应，从脱硝系统出口得到处理后的烟气，其中，根据脱硝系统出口NOX浓度的变化与循环流化床锅炉负荷的变化，实时调节所述还原剂的喷入量。
本发明在循环流化床锅炉SNCR烟气脱硝时，优化控制还原剂喷入量，从而稳定降低NOX排放，提升了循环流化床锅炉脱硝系统运行的可靠性及经济性。
参见图1，图1为本发明实施例提供的脱硝装置的结构示意图。图1中的脱硝装置主要包括：锅炉炉膛、旋风分离器、炉膛出口和旋风分离器入口之间的水平烟道、尾部烟道。
本发明实施例在锅炉炉膛上部、旋风分离器入口水平烟道、旋风分离器烟气出口处设置三组还原剂喷射点，即图1中的炉膛上部还原剂喷射点、旋风分离器入口水平烟道喷射点、旋风分离器烟气出口处喷射点。本发明实施例在循环流化床锅炉炉膛上部、旋风分离器入口水平烟道和旋风分离器烟气出口处分别喷射还原剂，可实现还原剂喷射系统的分区实时控制。
在本发明的一些实施例中，上述三组还原剂喷射点每组包括若干只喷枪，每只喷枪设置自动伸缩装置，可以根据信号自动进入或退出工作状态；每组喷枪可设置一个流量调节阀，以实现还原剂喷射系统的分区实时控制。在本发明的实施例中，每组喷枪的喷入量按100％负荷工况下需要的还原剂耗量进行设计。
在本发明实施例中，所述循环流化床锅炉脱硝系统包括控制器，可选用电力工业主流进口PLC(可编程逻辑控制器)；所述控制器通过通讯或硬接线获得烟气流量、NOX浓度、锅炉侧主要参数如给煤量、氧量、二次风门开度、燃尽风门开度等。其中，多数测点需要建立与电站DCS(分布式控制系统)的双向通讯连接，该连接基于串口MODUBUS或TCPMODBUS协议。在本发明的一些实施例中，单个控制器可完成一台机组的还原剂喷射系统的分区实时控制。在本发明的一些实施例中，DCS系统内部设置必要的自动和手动切换逻辑，当通讯或PLC故障时，可切换为手动控制状态；而本发明的主要控制逻辑在PLC内实现。
在循环流化床锅炉脱硝系统中，烟气与喷入的还原剂进行选择性非催化还原反应，从脱硝系统出口得到处理后的烟气。本申请专门针对循环流化床锅炉，理论上不同的烟气量以及不同的烟气成分均不影响本申请的实施。在本发明的一些实施例中，烟气流量为52000m3/h(标况、湿基)，烟气包括300mg/m3的NOX和48000mg/m3的粉尘。在本发明的实施例中，对于不同烟气量和烟气成分，可设计每组还原剂喷枪的数量不同，或在烟道上布置的位置不同。在本发明中，所述还原剂优选自氨水、尿素或氰尿酸，更优选为氨水。在本发明的实施例中，可选用质量浓度为20％的氨水。
本发明在循环流化床锅炉SNCR烟气脱硝时，根据脱硝系统出口NOX浓度的变化与循环流化床锅炉负荷的变化，实时调节所述还原剂的喷入量。即本发明在循环流化床锅炉负荷变动时，预先判断原NOX初始浓度变化，在合适位置喷入合适用量的还原剂，可达到锅炉SNCR脱硝系统最佳运行状态，从而稳定降低NOX排放，提升系统运行的可靠性和经济性。
在本发明实施例提供的循环流化床锅炉脱硝系统中，以温度为基础，以给煤量、氧量和二次风门开度为辅助，预测得到循环流化床锅炉的负荷。在本发明实施例中，给煤量、氧量、二次风门开度等数据可用来预测锅炉的负荷，当给煤量、氧量、二次风门开度到达原BMCR工况设定值时为满负荷，根据其变化预测锅炉负荷，实际是预测烟气量，在此基础上调整还原剂的喷入量。在本发明的一些实施例中，所述循环流化床锅炉负荷的变化范围可为1％～5％，如2％、3％、4％等，需要调节所述还原剂的喷入量。
由于每台锅炉的风煤曲线不同，与煤质及设备有关系，不同锅炉侧主要参数不同，如锅炉侧主要参数与锅炉负荷可以为线性比例关系。在本发明的一些实施例中，锅炉侧主要参数包括：给煤量为77.7t/h，对应负荷为接近满负荷110MW，一次风量为24.3万m3/h，二次风量为15.5万m3/h，氧量为2.5；由于锅炉运行中氧量变化不是很大，给煤量与负荷的对应关系相对比较好，对应关系为给煤量77.7t/h，负荷110MW，一二次风量总和39.8万m3/h，呈线性比例关系。
在本发明的实施例中，按照NOX变化相关辅助变量与主导变量间的关系，提前预测不同时间尺度下出口NOX的浓度值，进而对还原剂喷射系统进行长周期定量优化控制，实现对SNCR脱硝系统的全局全过程优化控制，使SNCR工艺下出口NOX浓度较低且在运行过程中处于平稳状态，避免系统超调和过量喷氨。
本发明实施例在锅炉启动过程中，提前投入还原剂，可减少NO2超标的时间，降低环保考核风险。本发明实施例主要的控制策略是：当炉膛出口温度升到650℃时，投入锅炉炉膛上部及水平烟道处的2组喷枪，分别喷射还原剂；当高温过热器前温度升到700～750℃时，投入旋风分离器烟气出口处的喷枪喷射还原剂；当高温过热器前温度升到800℃时，退出锅炉炉膛上部的喷枪，停止喷射还原剂；当高温过热器前温度升到850℃时，退出旋风分离器前水平烟道的喷枪，停止喷射还原剂。其中，根据NOX、给煤量、氧量、二次风门开度等数据，调整每组喷枪的还原剂喷射量。在本发明的一些实施例中，每组喷枪的还原剂喷射量按总的喷射量大致平均分配。
此外，本发明实施例锅炉关闭时的控制过程与启动过程相反。在本发明中，锅炉所用燃料和氨氮比(NSR)等因素采用本领域常用的即可。
本发明实施例以温度数据为基础，以给煤量、氧量、二次风门开度等数据为辅助，分区实时控制还原剂喷入量。本发明可通过PLC软件记录每组喷枪投入的时间与锅炉负荷及进煤量的数据，记录出口NOX变化与负荷变化的数据，同时与锅炉出口的NOX变化进行比对，并在下次运行中进行调整，得出最优的还原剂喷射控制方式。因此，在循环流化床锅炉负荷变动时，本申请效率稳定、还原剂用量小，能达到锅炉SNCR脱硝系统最佳运行状态，适于推广应用。
为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本发明提供的SNCR烟气脱硝的方法进行具体地描述。
实施例
本实施例采用1、2号热电联产发电机组烟气脱硝装置，1号机组配套440t/h循环流化床锅炉(#1锅炉)，2号机组配套490t/h循环流化床锅炉(#2锅炉或2#锅炉)；如图1所示的烟气脱硝装置采用SNCR工艺脱硝，主要设计条件如表1所示，表1为脱硝设计条件参数；现场试验于2016年4月27日开始，2016年4月29日结束。试验期间使用的燃料特性如表2所示，表2为燃用煤质分析结果。
表1脱硝设计条件参数
表2燃用煤质分析结果
1、如图1所示，在锅炉炉膛上部、旋风分离器入口水平烟道、旋风分离器烟气出口处设置三组还原剂喷射点，每组包括若干只喷枪，每只喷枪设置自动伸缩装置，可以根据信号自动进入或退出工作状态，每组喷枪设置一个流量调节阀，以实现还原剂喷射系统的分区实时控制。
2、控制器通过通讯或硬接线获得烟气流量、NOX浓度、锅炉侧主要参数如给煤量、氧量、二次风门开度、燃尽风门开度等，以预测烟气量。其中多数测点需要建立与电站DCS的双向通讯连接，连接基于串口MODUBUS或TCPMODBUS协议。控制器选用电力工业主流进口PLC；单个控制器完成一台机组还原剂喷射系统的分区实时控制。DCS系统内部设置必要的自动和手动切换逻辑，当通讯或PLC故障时，切换为手动控制状态；主要控制逻辑在PLC内实现。
3、按照NOX变化相关辅助变量与主导变量间的关系，提前预测不同时间尺度下出口NOX的浓度值，进而对还原剂喷射系统进行长周期定量优化控制，实现对SNCR脱硝系统的全局全过程优化控制，使SNCR出口NOX浓度在运行过程中处于平稳状态，避免系统超调和过量喷氨。
4、在锅炉启动过程中，提前投入还原剂，可减少NO2超标的时间，降低环保考核风险。主要的控制策略是：当炉膛出口温度升到650℃时，投入锅炉炉膛上部及水平烟道处的2组喷枪，当高温过热器前温度升到700～750℃时，投入旋风分离器烟气出口处的喷枪，当高温过热器前温度升到800℃时，退出锅炉炉膛上部的喷枪，当高温过热器前温度升到850℃时，退出旋风分离器前水平烟道的喷枪。根据NOX、给煤量、氧量、二次风门开度等数据，调整每组喷枪的还原剂喷射量。并且，锅炉关闭时的控制过程与启动过程相反。
对于2#机组，给煤量为77.7t/h，对应负荷为接近满负荷110MW，一次风量为24.3万m3/h，二次风量为15.5万m3/h，氧量为2.5，由于锅炉运行中氧量变化不是很大，给煤量与负荷的对应关系相对比较好，对应关系为给煤量77.7t/h，负荷110MW，一二次风量总和39.8万m3/h，呈线性比例关系。本实施例所述循环流化床锅炉负荷的变化范围为3％，调节所述还原剂的喷入量；每组喷枪的还原剂喷射量按总的喷射量平均分配。
5、将每组喷枪投入的时间与锅炉负荷及进煤量的数据进行记录，同时与锅炉出口的NOX变化进行比对，软件进行记录，并在下次运行中进行调整，得出最优的还原剂喷射控制方法。
6、本实施例SNCR脱硝装置性能考核试验所依据的标准包括：
中国国家标准《电站锅炉性能试验规程》(GB10184-88)；中国家标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)；中国电力行业标准《燃煤电厂脱硝装置性能验收试验规范》(DL/T260-2012)；中国国家标准《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》GB/T16157；中国国家标准《空气质量氨的测定离子电极法》GB/T14669-93；美国环保署烟气取样与分析系列标准《EPA-CTM-027、M-6C、M-7E》。
测试项目包括脱硝效率、氨逃逸浓度和烟气流量(烟温、静压、动压)等，考核试验测试点位于脱硝省煤器出口、空预器入口的竖直烟道上，烟道截面尺寸为6400.8mm×12243.8mm。
①烟气流量测试：烟气流量测试时按照国标GB/T16157的相关要求，在烟道截面上利用网格法测试动压、静压及烟温数据，经计算得出。结果参见表3，表3为烟气流量计算结果。
表3烟气流量计算结果
②烟气中NO和O2浓度测试：分别在SNCR脱硝装置退出和投运的工况下，在烟气测孔截面上采用网格法逐点烟气取样，用烟气分析仪逐点测试NO和O2浓度，用算数平均法分别计算NOX(干基、95％NO、6％O2)浓度，并据此计算SNCR系统的脱硝效率。为了保证测试的准确性，在测试前采用标准气体对烟气分析仪进行标定。
氨逃逸浓度测试：SNCR脱硝装置投运状态下，在NO和O2测试的同时，在试验测孔中进行NH3的采样。NH3采用湿化学方法逐点采样，共选取5个测点，采样测点分布涵盖NO浓度高、中、低不同区域。
根据SNCR退出时烟气NOX浓度及脱硝效率、氨逃逸和烟气流量数据，经计算得出氨水消耗量。试验期间，通过机组DCS系统记录锅炉主要的运行参数(负荷、蒸发量等)，并监测脱硝系统的主要运行参数。
脱硝效率和氨逃逸试验结果参见表4，表4为脱硝效率和氨逃逸浓度试验结果汇总表。
表4脱硝效率和氨逃逸浓度试验结果汇总表
7、本实施例脱硝性能考核标准参见表5，表5为脱硝性能考核及试验工况，考核结果参见表6，表6为本发明实施例烟气脱硝的效果。
表5脱硝性能考核及试验工况
表6本发明实施例烟气脱硝的效果
项目 #1锅炉 #2锅炉
负荷(MW) 127 116
实际烟气量(m3/h) 1184000 1070000
高温过热器前温度(℃) 885 874
原烟气NOX浓度(mg/m3) 310.9 287.7
净烟气NOX浓度(mg/m3) 98.4 93.5
20％氨水量(kg/h) 254.3 204.7
脱硝效率(％) 68.3 67.5
氨逃逸率(μL/L) 4.73 4.91
48小时内超考核次数 1 0
比较例
仅按照NOX出口浓度返回控制还原剂喷射；仅设置一组喷射还原剂的喷枪，位置在旋风分离器前水平烟道。其余脱硝条件、测试项目和方法均与实施例相同。考核结果参见表7，表7为本发明比较例烟气脱硝的效果。
表7本发明比较例烟气脱硝的效果
项目 #1锅炉 #2锅炉
负荷(MW) 127 116
实际烟气量(m3/h) 1184000 1070000
高温过热器前温度(℃) 887 872
原烟气NOX浓度(mg/m3) 308.7 298.5
净烟气NOX浓度(mg/m3) 97.5 95.8
20％氨水量(kg/h) 296.6 242.8
脱硝效率(％) 68.4 67.9
氨逃逸率(μL/L) 6.81 6.25
48小时内超考核次数 7 8
由以上实施例和比较例可知，本发明提供的循环流化床锅炉SNCR烟气脱硝的方法以温度数据为基础，以给煤量、氧量、二次风门开度等数据为辅助，分区实时控制还原剂喷入量，不但有效降低了NOX排放，运行期间排放效果更稳定，而且节约了还原剂如氨水耗量20％以上，从而提升了系统运行的可靠性以及经济性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。

Claims (6)

1.一种SNCR烟气脱硝的方法，采用循环流化床锅炉脱硝系统，烟气与喷入的还原剂进行选择性非催化还原反应，从脱硝系统出口得到处理后的烟气，其特征在于，根据脱硝系统出口NOX浓度的变化与循环流化床锅炉负荷的变化，实时调节所述还原剂的喷入量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在循环流化床锅炉脱硝系统中，所述循环流化床锅炉的负荷以温度为基础，以给煤量、氧量和二次风门开度为辅助预测得到。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环流化床锅炉脱硝系统包括：通过水平烟道与循环流化床锅炉出口相连的旋风分离器；
在循环流化床锅炉炉膛上部、旋风分离器入口水平烟道和旋风分离器烟气出口处分别喷射所述还原剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在循环流化床锅炉脱硝系统中，当循环流化床锅炉炉膛出口温度升到650℃时，在所述锅炉炉膛上部及旋风分离器入口水平烟道处分别喷射所述还原剂；当循环流化床锅炉高温过热器前温度升到700～750℃时，在旋风分离器烟气出口处喷射所述还原剂；
当所述高温过热器前温度升到800℃时，在所述锅炉炉膛上部停止喷射所述还原剂；当所述高温过热器前温度升到850℃时，在所述旋风分离器入口水平烟道处停止喷射所述还原剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环流化床锅炉负荷的变化范围为1％～5％，实时调节所述还原剂的喷入量。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述还原剂选自氨水、尿素或氰尿酸。
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