CN108302521A - 一种脱硝低NOx循环流化床锅炉及脱硝低NOx排放控制工艺 - Google Patents

一种脱硝低NOx循环流化床锅炉及脱硝低NOx排放控制工艺 Download PDF

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Abstract

本发明的一种适用于循环流化床锅炉的脱硝低NOx排放控制工艺,包括以下控制工艺:增加锅炉内蒸发受热面的面积改变锅炉炉膛的蒸发受热面吸热量;调整布风板风帽小孔的尺寸,增大布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸;调整旋风分离器的进口烟道的进口流速和入射角度,根据锅炉燃煤量及旋流分离器效率调整立管的流通面积,并调整返料阀的流通面积和返料风风量,通过调整将返料系统界面上的物流的流通速度控制在90~150kg/s,提高锅炉的物料循环量,降低燃烧温度;从锅炉除尘器和引风机之间抽取适量低氧烟气送入一次风进口或者空预器热一次风出口,降低煤燃烧的初始氧量,以送入炉底一次风室,调整炉底一次风室过量空气系数在0.4~0.8。

Description

一种脱硝低NOx循环流化床锅炉及脱硝低NOx排放控制工艺
技术领域
本发明属于循环流化床环保改造技术领域,具体涉及一种脱硝低NOx循环流化床锅炉及脱硝低NOx排放控制工艺。
背景技术
中国处于工业化期,能源需求大。中国的资源禀赋条件决定了煤炭仍然是中国电力工业主要能源,并且煤炭资源中高灰、硫分大于1%的高硫煤比重较大,其中灰分大于20%的煤占50%以上。洗煤过程产生大量矸石、洗中燃、煤泥需要利用,循环流化床燃烧具备燃料适用范围广、低成本干法燃烧中脱硫、低氮氧化物排放的优点是大规模清洁利用此类燃料的最佳选择。到目前为止,中国循环流化床燃烧锅炉发电容量近1亿kW,总循环流化床锅炉台数大于3000台,为世界第一。早期,循环流化床锅炉虽然依靠较低燃烧生成的NOx受到各工业企业的青睐,但是随着人类对自然环境要求日益增高,国家环保部门相关条例的日益严苛,循环流化床锅炉的超低排放控制势在必行。
目前循环流化床锅炉的超低NOx脱硝环保改造一般以SNCR+SCR组合脱硝为主,许多循环流化床锅炉尾部没有足够的空间去布置SCR脱硝装置的催化剂,如果进行SCR脱硝改造就会造成投入成本较大,同时后期SCR脱硝装置催化器还有定期检修更换,对锅炉经济性有一定影响,并且使用SCR脱硝装置的催化剂还将次生一些重金属的污染,较难处理。
我国循环流化床锅炉现投运台数较多且处在发展阶段,数量会进一步增加,因此在当下环境污染日益严重、节能减排迫在眉睫的时刻,迫切需要找到一种洁净、节能且后期运行维护成本低的脱硝工艺。
发明内容
本发明的主要目的在于减少工程投入和运行成本下,提供一种有效的、次生污染少的且后期运行维护成本低脱硝改造工艺及锅炉设备。
为解决上述技术问题,本发明的一种适用于循环流化床锅炉的脱硝低NOx排放控制工艺,包括以下控制工艺:
措施一,增加锅炉内蒸发受热面的面积改变锅炉炉膛的蒸发受热面吸热量;
措施二,调整布风板风帽小孔的尺寸,增大布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸;
措施三,调整旋风分离器的进口烟道的进口流速和入射角度,根据锅炉燃煤量及旋流分离器效率调整立管的流通面积,并调整返料阀的流通面积和返料风风量,通过调整将返料系统界面上的物流的流通速度控制在90~150kg/s,提高锅炉的物料循环量,降低燃烧温度;
措施四,从锅炉除尘器和引风机之间抽取适量低氧烟气送入一次风进口或者空预器热一次风出口,降低煤燃烧的初始氧量,以送入炉底一次风室,调整炉底一次风室过量空气系数在0.4~0.8;
步骤五,将锅炉炉膛的燃烧温度控制在820~900℃,炉膛出口烟气温度控制在800~900℃。
优选方案为,措施一中,对于炉膛内燃烧温度为950~1000℃的锅炉,增加的炉内受热面一般为原炉内受热面面积的10~20%。
优选方案为,措施二中,布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸比其它区域的风帽开孔尺寸要大0.5~1%。
优选方案为,措施三中,所述旋风分离器的前进口流速一般为15~18m/s,后进口流速一般为22~26m/s,进口烟道的入射角度最大不超过10°;
或,措施四中二次风在锅炉炉膛密相区位置分级送入二次风,补充燃烧所需的氧量。
优选方案为,措施五中,在炉膛膛出口和旋风分离器之间配设SNCR脱硝喷枪进一步降低空预器出口的NOx浓度。
采用前述控制工艺的低NOx循环流化床锅炉,其特征在于:包括炉膛、循环返料系统、一次风系统、二次风系统和尾部烟道,
所述所述炉膛内配设炉内水冷屏;
所述循环返料系统设置在所述炉膛出口,
烟气循环风机将引风机出口的低氧烟气引入到一次风机进口,与空气混合后进入一次空预器,并通过所述一次风系统进入炉膛实现低氧燃烧;
空气进入二次风机后,进入二次空预器,并通过所述二次风系统从炉膛密相区进入所述炉膛;
所述炉膛生成的烟气通过尾部烟道排出。
进一步地,所述炉膛膛2出口和旋风分离器之间配设SNCR脱硝喷枪进一步降低NOx浓度。
进一步地,还设有布风板,所述布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸比其它区域的风帽开孔尺寸要大0.5~1%。
进一步地,所述炉膛底部一次风室过量空气系数在0.4~0.8;
或,所述炉膛的燃烧温度控制在820~900℃,炉膛出口烟气温度控制在800~900℃。
本发明通过增加锅炉的炉内循环物料量,增加或者减少炉膛内蒸发受热面的吸热量,改变煤燃烧各阶段的氧量从而降低锅炉炉膛中燃烧温度,降低煤燃烧产生的NOx污染物,再配合布置在炉膛出口的SNCR脱硝系统,最终将锅炉空预器出口NOx排放降低到较低的水平。本发明的工艺能用于控制循环流化床锅炉NOx的排放浓度,改善锅炉的运行状况,配合SNCR系统,将锅炉空预器出口NOx浓度降低至50mg/Nm3以内,是有效解决我国能源利用与环境污染问题的重要措施之一。
本发明与现有其它脱硝工艺对比,其优势如下:
一,尾部不需要设置催化剂等脱硝设施,无后续的次生危害,不会产生其它诸如SCR脱硝催化剂需要定时检修更换,并需要进行无害化处理等后续工作;
二,在降低锅炉燃烧产生的NOx污染物的同时,优化锅炉的燃烧状况,提高锅炉运行稳定性,降低锅炉高温结焦的风险;
三,优化锅炉运行状况,使SNCR脱硝系统工作在适宜的温度区间,提高了SNCR脱硝系统的脱硝效率;
四,降低脱硝系统还原剂的物料消耗,减少还原剂的高温氧化损耗,降低日常运行成本;
五,与SCR脱硝系统相比,极大的缓解了由于硫酸盐的生成造成锅炉尾部受热面的腐蚀;
六,在完成脱硝改造的同时,可显著提高锅炉的带负荷能力和负荷提升速度;
七,较低的改造初始投入成本和运行维护成本,检修可随锅炉常规正常检修进行,运行随锅炉调整,不需要新增控制岗位。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图和流程图;
具体实施方式
下面通过应用实例,并结合附图,对本发明作进一步详细描述:
实施例1
如图1所示,本发明的一种适用于循环流化床锅炉的脱硝低NOx排放控制工艺,包括以下控制工艺:
措施一,增加锅炉内蒸发受热面的面积改变锅炉炉膛的蒸发受热面吸热量,通过在炉膛增加蒸发受热面,控制炉膛的吸热量。根据锅炉参数的不同,依据改造前床温调整吸热量控制受热面面积,最终将改造后床温控制在820~900℃之间;
措施二,调整布风板风帽小孔的尺寸,增大布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸;
措施三,通过旋风分离器的改造,提高分离效率,提高分离下来的物料量,调整旋风分离器的进口烟道的进口流速和入射角度,根据锅炉燃煤量及旋流分离器效率调整立管的流通面积,并调整返料阀的流通面积和返料风风量,通过调整将返料系统截面上的物料的流通速度控制在90~150kg/s,提高锅炉的物料循环量,降低燃烧温度。以上改造总称为循环返料系统改造;
措施四,从锅炉除尘器和引风机之间抽取适量低氧烟气送入一次风进口或者空预器热一次风出口,降低煤燃烧的初始氧量,以送入炉底一次风室,调整炉底一次风室过量空气系数在0.4~0.8,使得燃料在低过量空气系数下燃烧,抑制燃料型NOx的生成。其中,增加烟气再循环风机将引风机出口的锅炉烟气引入到锅炉的一次风机中,经过空预器的加热进入锅炉燃烧,降低入炉煤颗粒初始燃烧的氧量,降低煤颗粒在锅炉密相区的燃烧份额,使煤颗粒在整个炉膛的燃烧份额配置更合理。
配合措施四,将二次风在锅炉炉膛合适位置分级送入二次风,补充燃烧所需的氧量,并将未燃尽可燃物进一步燃尽,不影响锅炉效率。
步骤五,五措施组合在一起组成锅炉的低氮燃烧系统,将锅炉燃烧产生的NOx降低至150mg/Nm3以内,并将炉膛内的燃烧温度控制在820~900℃,炉膛出口烟气温度控制在800~900℃,改善锅炉的运行状况。
措施一中,对于炉膛内燃烧温度为950~1000℃的锅炉,增加的炉内受热面一般为原炉内受热面面积的10~20%。
措施二中,布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸比其它区域的风帽开孔尺寸要大0.5~1%;
措施三中,所述旋风分离器的前进口流速一般为15~18m/s,后进口流速一般为22~26m/s,进口烟道的入射角度最大不超过10°。
措施五中,在炉膛膛出口和旋风分离器之间配设SNCR脱硝喷枪进一步降低空预器出口的NOx浓度,所述SNCR脱硝系统配合低氮燃烧系统使用,烟气通过布置在在炉膛出口和旋风分离器之间的SNCR脱硝喷枪,SNCR脱硝喷枪将还原剂(一般为氨水溶液或者尿素溶液)喷入烟气并与烟气充分混合,在高温下进行还原反应,降低烟气中的NOx污染物含量,最终将锅炉空预器出口NOx浓度控制在50mg/Nm3以内。
本发明的一种脱硝低NOx排放循环流化床锅炉,包括炉膛2、循环返料系统4、一次风系统5、二次风系统3和尾部烟道,循环返料系统4包含旋风分离器、立管和返料阀;
所述所述炉膛2内配设炉内水冷屏1;
所述循环返料系统设置在所述炉膛2出口,
烟气循环风机11将引风机12出口的低氧烟气引入到一次风机10进口,与空气混合后进入一次空预器8,并通过所述一次风系统5进入炉膛2实现低氧燃烧;
空气进入二次风机9后,进入二次空预器7,并通过所述二次风系统3从炉膛密相区进入所述炉膛2;
所述炉膛2生成的烟气通过尾部烟道6排出。
所述炉膛膛2出口和旋风分离器之间配设SNCR脱硝喷枪进一步降低NOx浓度,炉膛内密相区A和稀相区B生产的低浓度的烟气通过布置在炉膛2出口的SNCR喷射系统后进一步脱氮,最终在尾部烟道6出口以较低的NOx浓度出锅炉。
还设有布风板,所述布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸比其它区域的风帽开孔尺寸要大0.5~1%。
所述炉膛底部一次风室过量空气系数在0.4~0.8,且所述炉膛的燃烧温度控制在820~900℃,炉膛出口烟气温度控制在800~900℃。
布置在炉膛2中的水冷屏1通过吸收炉膛2内燃烧产生的热量,降低炉膛内的温度场。通过对循环返料系统4的改造可提高进入炉膛2中的物料浓度,进一步提高炉膛2和炉内水冷屏1的传热效率,提高吸热量。
进入一次风系统5的低氧烟气与空气的混合物能降低煤颗粒在密相区A初始燃烧时的氧量,控制密相区A中的燃烧份额,抑制NOx的生成。二次风3在炉膛2的适当位置送入,将炉膛A中的可燃物燃尽,以不降低锅炉的燃烧效率。由于炉膛2中各位置的燃烧份额进行了优化,减少了局部的高温区,将锅炉燃烧产生的NOx降低至150mg/Nm3以内,并将炉膛内的燃烧温度控制在820~900℃,炉膛出口烟气温度控制在800~900℃,同时降低了炉膛密相区A高温结焦的风险。
SNCR氨水喷射系统14在低氮燃烧系统创造的低NOx排放浓度和合理的温度区间内反应,以较高的脱除效率将将锅炉尾部烟道6出口NOx浓度降低至50mg/Nm3以内。
最后,需要注意的是,以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种适用于循环流化床锅炉的脱硝低NOx排放控制工艺,包括以下控制工艺:
措施一,增加锅炉内蒸发受热面的面积改变锅炉炉膛的蒸发受热面吸热量;
措施二,调整布风板风帽小孔的尺寸,增大布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸;
措施三,调整旋风分离器的进口烟道的进口流速和入射角度,根据锅炉燃煤量及旋流分离器效率调整立管的流通面积,并调整返料阀的流通面积和返料风风量,通过调整将返料系统界面上的物流的流通速度控制在90~150kg/s,提高锅炉的物料循环量,降低燃烧温度;
措施四,从锅炉除尘器和引风机之间抽取适量低氧烟气送入一次风进口或者空预器热一次风出口,降低煤燃烧的初始氧量,以送入炉底一次风室,调整炉底一次风室过量空气系数在0.4~0.8;
步骤五,将锅炉炉膛的燃烧温度控制在820~900℃,炉膛出口烟气温度控制在800~900℃。
2.如权利要求1所述的一种适用于循环流化床锅炉的脱硝低NOx排放控制工艺,其特征在于:措施一中,对于炉膛内燃烧温度为950~1000℃的锅炉,增加的炉内受热面一般为原炉内受热面面积的10~20%。
3.如权利要求1或2所述的一种适用于循环流化床锅炉的脱硝低NOx排放控制工艺,其特征在于:措施二中,布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸比其它区域的风帽开孔尺寸要大0.5~1%。
4.如权利要求1或2所述的一种适用于循环流化床锅炉的脱硝低NOx排放控制工艺,其特征在于:措施三中,所述旋风分离器的前进口流速一般为15~18m/s,后进口流速一般为22~26m/s,进口烟道的入射角度最大不超过10°;
或,措施四中二次风在锅炉炉膛密相区位置分级送入二次风,补充燃烧所需的氧量。
5.如权利要求1或2所述的一种适用于循环流化床锅炉的脱硝低NOx排放控制工艺,其特征在于:措施五中,在炉膛膛出口和旋风分离器之间配设SNCR脱硝喷枪进一步降低空预器出口的NOx浓度。
6.采用前述控制工艺的低NOx循环流化床锅炉,其特征在于:包括炉膛、循环返料系统、一次风系统、二次风系统和尾部烟道,
所述所述炉膛内配设炉内水冷屏;
所述循环返料系统设置在所述炉膛出口,
烟气循环风机将引风机出口的低氧烟气引入到一次风机进口,与空气混合后进入一次空预器,并通过所述一次风系统进入炉膛实现低氧燃烧;
空气进入二次风机后,进入二次空预器,并通过所述二次风系统从炉膛密相区进入所述炉膛;
所述炉膛生成的烟气通过尾部烟道排出。
7.如权利要求6所述的低NOx循环流化床锅炉,其特征在于:所述炉膛膛2出口和旋风分离器之间配设SNCR脱硝喷枪进一步降低NOx浓度。
8.如权利要求6或7所述的低NOx循环流化床锅炉,其特征在于:还设有布风板,所述布风板排渣孔和四周壁面处的风帽开孔尺寸比其它区域的风帽开孔尺寸要大0.5~1%。
9.如权利要求6或7所述的低NOx循环流化床锅炉,其特征在于:所述炉膛底部一次风室过量空气系数在0.4~0.8;
或,所述炉膛的燃烧温度控制在820~900℃,炉膛出口烟气温度控制在800~900℃。
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