CN106989386A - 一种深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，具体包括：多梯度分级配风系统、高效涡轮旋风分离系统、无氨催化剂涂层系统，可以灵活的调节一二次风配比，强化锅炉炉内物料循环，重构炉内氧化还原区域并在还原区等位置设置高效无氨催化剂涂层，最终实现氮氧化物超低排放以及更高的燃烧效率；本发明无需新增脱硝设备及脱硝还原剂添加即可使得锅炉运行环保特性显著增强，达到超低排放要求，具有投资成本小，改造周期短，无运行成本，锅炉运行稳定等优点。

Description

一种深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及循环流化床锅炉，特别涉及一种深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉。
背景技术
我国能源结构以煤为主，因而燃煤发电在发电行业中也占据了主要地位。然而煤炭燃烧将产生很多污染物，如二氧化硫、氮氧化物及烟尘等，其中氮氧化物是酸雨形成的主要来源之一。随着我国经济的快速发展，污染物排放愈发严重，给人民生活带来了极大的困扰。因此，为降低燃煤发电对大气的污染，国家提出了越来越高的烟气排放标准，尤其是自2015年以来逐步开始实施燃煤电厂超低排放改造行动，现有大型电站锅炉氮氧化物排放限值为50mg/m3。
国内现有循环流化床机组虽然具有低氮氧化物排放的特性，但面临超低排放标准，所有在役机组均需进行超低排放改造。传统脱硝改造技术路线包括SNCR脱硝技术、SCR脱硝技术等，无论哪种技术路线均须加装脱硝设备并且在锅炉运行过程中向烟气中喷入大量脱硝还原剂，如尿素、氨水等。改造投资巨大且后期运行维护费用很高，此外，还会存在氨逃逸现象造成尾部受热面、除尘器腐蚀、堵塞以及进入大气形成新的污染源。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，充分发挥CFB锅炉的环保特性，将氮氧化物原始排放降低至满足国家最新的超低排放环保标准，大幅降低氮氧化物的脱除成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，包括多梯度分级配风系统(MLAS)、高效涡轮分离系统(HPTSS)和无氨催化涂层系统(NACCS)，其中：
所述多梯度分级配风系统包括一次风(PA)和二次风(SA)，一次风通过均压风室1及钟罩式风帽2均匀分配于整个炉膛密相区3，二次风分级从二次风口4送入炉膛密相区3及炉膛中部区域；
高效涡轮分离系统包括带有烟气导流凸台9的水平烟道8，水平烟道8连接涡轮中心筒12，涡轮中心筒12内部安装有导流叶片强化气固分离，涡轮中心筒12下部设置分离器11，分离下来的物料送入返料器13；
无氨催化涂层系统，布置于多梯度分级配风系统及高效涡轮分离系统，使得NO和CO在锅炉本身带有的催化剂的催化作用下发生还原反应，实现烟气脱硝。
所述钟罩式风帽2包括出口朝上的直管，以及布置在出口上方的帽体，配风从直管顶部出口流出后，在帽体的阻挡下又折返沿帽体内壁与直管外壁之间的间隙从帽体下方流出，所述钟罩式风帽2彼此之间的间距80～350mm，风帽材质为高温耐热合金，表面附着无氨催化涂层。
所述二次风口4沿不同高度布置1～4层，运行期间一次风量占燃烧总风TA量的20～50％，二次风量占燃烧总风量的50～80％。
所述涡轮中心筒12采用螺旋流线型结构，筒内涡轮的叶片旋向与气流旋转方向相异，筒体采用耐热不锈钢整体铸造而成，筒体内壁及叶片表面附着无氨催化涂层。
所述烟气导流凸台9厚度可调，调节范围20mm～1500mm，材质采用耐磨可塑料或浇注料，其表面附着无氨催化涂层。
所述炉膛密相区3浇注料表面、炉膛的下部水冷壁5换热面表面以及炉膛屏式受热面7表面均布置有无氨催化涂层。
所述无氨催化涂层为具有无氨催化性能的二元或多元金属，或金属氧化物，或金属与金属氧化物的混合物涂层。
所述金属为铁、铜、镍、锰、钴、钛、铝、铬或稀土金属。
所述无氨催化涂层厚度范围0.5mm～20mm。
所述无氨催化涂层用在浇注料或可塑料区域时，采用附着于其表面的方式，或与浇注料或可塑料混合形成耐磨催化层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.CFB锅炉采用本技术后可显著降低NOx排放浓度，无需采用任何辅助脱硝技术，烟气排放能够满足国家最新的超低排放限值，环境效益显著。
2.由于运行过程中无需消耗脱硝还原剂，可大幅降低电厂环保运行成本。
3.无需新增耗能设备，且对辅机电耗均无明显负面影响。
4.实施后由于炉内物料循环优化，对于锅炉燃烧效率可有一定的提升。
5.避免了脱硝副产物的生成，对于环境保护和机组运行安全性都有着促进作用。
实验证明，现有机组采用上述技术改造后锅炉排放烟气中NOx浓度可以降低至改造前的50％～80％以上，原始排放降至超低排放限制以内。
附图说明
图1为本发明循环流化床锅炉深度抑氮超低排放改造整体结构示意图。
图2为本发明循环流化床锅炉多梯度分级配风系统MLAS示意图。
图3为本发明循环流化床锅炉高效分离系统HPTSS示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明为一种深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，包括多梯度分级配风系统(MLAS)、高效涡轮分离系统(HPTSS)和无氨催化涂层系统(NACCS)。
多梯度分级配风系统如图2所示，包括一次风(PA)和二次风(SA)，一次风通过均压风室1及钟罩式风帽2均匀分配于整个炉膛密相区3，二次风分级从二次风口4送入炉膛密相区3及炉膛中部区域。二次风口4沿不同高度布置1～4层，运行期间一次风量占燃烧总风TA量的20～50％，二次风量占燃烧总风量的50～80％。其中，钟罩式风帽2包括出口朝上的直管，以及布置在出口上方的帽体，配风从直管顶部出口流出后，在帽体的阻挡下又折返沿帽体内壁与直管外壁之间的间隙从帽体下方流出，钟罩式风帽2彼此之间的间距80～350mm，风帽材质为高温耐热合金。
高效涡轮分离系统如图3所示，包括带有烟气导流凸台9的水平烟道8，烟气导流凸台9厚度可调，调节范围20mm～1500mm，材质采用耐磨可塑料或浇注料。水平烟道8连接炉膛与涡轮中心筒12，涡轮中心筒12内部安装有导流叶片强化气固分离，涡轮中心筒12下部设置分离器11，分离下来的物料送入返料器13。上部连通尾部竖井13，尾部竖井13中自上而下布置过热器14、省煤器15和空预器16。涡轮中心筒12采用螺旋流线型结构，筒内涡轮的叶片旋向与气流旋转方向相异，筒体采用耐热不锈钢整体铸造而成。
无氨催化涂层系统，布置于多梯度分级配风系统及高效涡轮分离系统，使得NO和CO在锅炉本身带有的催化剂的催化作用下发生还原反应，实现烟气脱硝。具体地，在钟罩式风帽2、烟气导流凸台9、炉膛密相区3浇注料表面、炉膛的下部水冷壁5换热面表面、炉膛屏式受热面7表面、涡轮中心筒12的筒体内壁及叶片表面，可以全部或者部分附着无氨催化涂层。
本发明中，无氨催化涂层为具有无氨催化性能的二元或多元金属，例如铁、铜、镍、锰、钴、钛、铝、铬或稀土金属；或金属氧化物，或金属与金属氧化物的混合物涂层，厚度范围0.5mm～20mm。用在浇注料或可塑料区域时，采用附着于其表面的方式，或与浇注料或可塑料混合形成耐磨催化层。
根据以上基本结构，本发明提供实施例如下：
实施例1
涉及1台480t/h循环流化床锅炉，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf8％的无烟煤，锅炉一次风以48％总风量经过钟罩式风帽2送入炉膛保证锅炉床料的正常流化和入炉煤的初步燃烧，二次风占总风TA量的50％分两级送入炉膛密相区3，下二次风口距离布风板高度为1米，上二次风口距离下二次风口5米，钟罩式风帽2表面、密相区浇注料表面、炉内水冷屏和过热屏以及密相区以上10米高度内的水冷壁表面均附着高效无氨催化涂层，炉膛出口水平烟道出口通过加装烟气导流凸台9将烟气速度控制在28m/s，中心筒更换为涡轮中心筒12，烟气导流凸台9、烟气导流凸台9内壁及叶轮附着高效无氨催化涂层。
由于分级送风使得锅炉密相区3为还原气氛，从而抑制了NO的生成，同时由于煤的不完全燃烧，在该区域存在高浓度的CO，CO通过钟罩式风帽2及密相区浇筑料表面的催化涂层与NO反应进一步降低了氮氧化物的浓度，随着烟气的上升，二次风被从不同高度风机送入炉膛以使得燃煤颗粒进一步燃烧，由于二次风穿透力有限，炉膛中心存在缺氧区域，因而该区域仍然为还原气氛，因而屏式过热器表面的催化剂涂层可以进一步将NO还原为N2。高效分离系统的存在可以大幅提高锅炉物料循环量，有效强化传热控制炉膛燃烧温度从而抑制了热力型氮氧化物的生成，而涡轮中心筒12表面的催化涂层作为将烟气中参与的CO和炉膛出口最终生成的NO做进一步的催化反应，以最终实现深度抑氮的目的，通过以上多种手段的协同作用，锅炉运行期间的NOx排放浓度为38mg/m3。
实施例2
涉及1台1024t/h循环流化床锅炉，锅炉燃用干燥无灰基Vdaf 25％的烟煤，锅炉一次风以40％总风量经过钟罩式风帽2送入炉膛保证锅炉床料的正常流化和入炉煤的初步燃烧，二次风占总风TA量的58％分三级送入炉膛密相区3，下二次风口距离布风板高度为1.5米，中二次风口距离下二次风口5.5米，上二次风口距离中二次风口6米。钟罩式风帽2表面、密相区浇注料表面、炉内水冷屏、过热屏和再热屏以及密相区以上15米高度内的水冷壁表面均附着高效无氨催化涂层，炉膛出口水平烟道出口通过加装烟气导流凸台9将烟气速度控制在30m/s，中心筒更换为涡轮中心筒12，烟气导流凸台9、涡轮中心筒12内壁及叶轮附着高效无氨催化涂层。
由于分级送风使得锅炉密相区3为还原气氛，从而抑制了NO的生成，同时由于煤的不完全燃烧，在该区域存在高浓度的CO，CO通过钟罩式风帽2及密相区浇筑料表面的催化涂层与NO反应进一步降低了氮氧化物的浓度，随着烟气的上升，二次风被从不同高度风机送入炉膛以使得燃煤颗粒进一步燃烧，由于二次风穿透力有限，炉膛中心存在缺氧区域，因而该区域仍然为还原气氛，因而屏式过热器表面的催化剂涂层可以进一步将NO还原为N2。高效分离系统的存在可以大幅提高锅炉物料循环量，有效强化传热控制炉膛燃烧温度从而抑制了热力型氮氧化物的生成，而涡轮中心筒12表面的催化涂层作为将烟气中参与的CO和炉膛出口最终生成的NO做进一步的催化反应，以最终实现深度抑氮的目的，通过以上多种手段的协同作用，锅炉运行期间的NOx排放浓度为42mg/m3。
以上实施例的描述较为具体，但并不能因此而理解为对本专利范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，包括多梯度分级配风系统(MLAS)、高效涡轮分离系统(HPTSS)和无氨催化涂层系统(NACCS)，其中：
所述多梯度分级配风系统包括一次风(PA)和二次风(SA)，一次风通过均压风室(1)及钟罩式风帽(2)均匀分配于整个炉膛密相区(3)，二次风分级从二次风口(4)送入炉膛密相区(3)及炉膛中部区域；
高效涡轮分离系统包括带有烟气导流凸台(9)的水平烟道(8)，水平烟道(8)连接涡轮中心筒(12)，涡轮中心筒(12)内部安装有导流叶片强化气固分离，涡轮中心筒(12)下部设置分离器(11)，分离下来的物料送入返料器(13)；
无氨催化涂层系统，布置于多梯度分级配风系统及高效涡轮分离系统，使得NO和CO在锅炉本身带有的催化剂的催化作用下发生还原反应，实现烟气脱硝。
2.根据权利要求1所述深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，所述钟罩式风帽(2)包括出口朝上的直管，以及布置在出口上方的帽体，配风从直管顶部出口流出后，在帽体的阻挡下又折返沿帽体内壁与直管外壁之间的间隙从帽体下方流出，所述钟罩式风帽(2)彼此之间的间距80～350mm，风帽材质为高温耐热合金，表面附着无氨催化涂层。
3.根据权利要求1所述深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，所述二次风口(4)沿不同高度布置1～4层，运行期间一次风量占燃烧总风(TA)量的20～50％，二次风量占燃烧总风量的50～80％。
4.根据权利要求1所述深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，所述涡轮中心筒(12)采用螺旋流线型结构，筒内涡轮的叶片旋向与气流旋转方向相异，筒体采用耐热不锈钢整体铸造而成，筒体内壁及叶片表面附着无氨催化涂层。
5.根据权利要求1所述深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，所述烟气导流凸台(9)厚度可调，调节范围20mm～1500mm，材质采用耐磨可塑料或浇注料，其表面附着无氨催化涂层。
6.根据权利要求1所述深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，所述炉膛密相区(3)浇注料表面、炉膛的下部水冷壁(5)换热面表面以及炉膛屏式受热面(7)表面均布置有无氨催化涂层。
7.根据权利要求1、3、4、5或6所述深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，所述无氨催化涂层为具有无氨催化性能的二元或多元金属，或金属氧化物，或金属与金属氧化物的混合物涂层。
8.根据权利要求7所述深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，所述金属为铁、铜、镍、锰、钴、钛、铝、铬或稀土金属。
9.根据权利要求7所述深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，所述无氨催化涂层厚度范围0.5mm～20mm。
10.根据权利要求7所述深度抑氮超低排放的循环流化床锅炉，其特征在于，所述无氨催化涂层用在浇注料或可塑料区域时，采用附着于其表面的方式，或与浇注料或可塑料混合形成耐磨催化层。
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