CN215112694U - 基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统，包括顺次连接的生物质循环流化床锅炉、旋风分离器、锅炉换热器、脱硫吸收塔、布袋除尘器、电动挡板风门Ⅰ、引风机、电动挡板风门Ⅱ、烟囱，所述生物质循环流化床锅炉内置SNCR脱硝系统，其特征在于：在所述布袋除尘器和电动挡板风门Ⅰ之间设置电动挡板风门Ⅲ，所述电动挡板风门Ⅲ两侧连接SCR脱硝旁路两端，所述SCR脱硝旁路包括顺次连接的电动挡板风门Ⅳ、烟气加热器、SCR催化器、烟气冷却器和电动挡板风门Ⅴ。本实用新型设置SCR脱硝旁路，在高负荷工况和中低负荷工况都可以满足脱硝要求，实现全负荷脱硝。

Description

基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统

技术领域

本实用新型属于燃用生物质的流化床锅炉脱硝技术领域，尤其涉及一种基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统。

背景技术

从“十二五”规划开始，我国将NO_X排放纳入总量控制，NO_X成为联防联控规划控制的重点污染物之一。由于国家暂未针对生物质锅炉出台污染排放标准，目前普遍执行《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中燃煤锅炉的排放标准，NO_X排放浓度限值为100mg/Nm³。

在能源日益短缺的情况下，随着国内环保要求不断提高，火力发电厂的大气污染物排放限值被不断压低。部分地区已出台针对其发展规划所要求的排放标准，北方地区如山东省要求燃煤锅炉的NO_X排放值为50～100mg/Nm³,天津市要求燃煤锅炉的NO_X排放值为30mg/Nm³，而南方沿海地区如深圳市，虽然要求燃煤机组应达到超低排放标准，即不超过50mg/Nm³，但其在“深圳市人民政府关于印发大气环境质量提升计划(2017—2020年)的通知”中计划逐步淘汰生物质成型燃料及生物质气化锅炉，这主要是由于目前生物质锅炉的脱硝技术无法满足日益增长的环保要求。

循环流化床锅炉以其低温燃烧(低于1150℃)的特点，通过采用选择性非催化还原(SNCR)技术在锅炉上部或旋风分离器入口处直接喷氨脱硝。由于SNCR技术不需要催化剂、还原反应所需温度高、系统简单、初投资及运行成本低廉，在循环流化床锅炉中广泛得到应用，且能够满足锅炉在高负荷下的脱硝效率。

但是当锅炉处于中低负荷时，由于入炉燃料减少，但锅炉容积并未减小，因此炉内温度也随之下降。当温度低于SNCR最佳反应温度窗口的下限后，脱硝效率降低导致NO_X排放超标。而且为了尽可能降低NO_X含量，运行中会加大喷氨量以促进还原反应的进行，但过量的氨溶液会在高温烟气中加热析出NH₃气体，其随着烟气直接排放造成新的污染。

目前，对于大部分生物质锅炉来说，暂不考虑其调峰功能，因此机组能够长期处于满发状态，中低负荷运行只存在于机组启停阶段。随着生物质直燃机组的不断新建，其在电网中的所占的比例也不断提高，未来必然存在调峰降负荷运行的情况。且北方地区越来越多的采用生物质热电联产机组进行集中供暖，也需要机组随着供暖需求不断调整负荷。生物质锅炉能否实现全负荷脱硝成为制约其发展的关键技术。

针对生物质锅炉低负荷脱硝的难题，国内外的技术团队都在进行研究。目前理论上可行的低负荷脱硝技术主要有选择性催化还原(SCR)技术、燃料再燃技术、吸附再生法技术、烟气再循环技术、湿法吸收脱硝技术、等离子体脱硝技术、高分子脱硝技术、液态生物钙脱硝技术等。但大都存在着不适合生物质烟气特点(生物质灰中富含的碱金属极易导致SCR催化剂中毒)、系统复杂、运行成本高等缺陷。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统，在高负荷工况和中低负荷工况都可以满足脱硝要求，实现全负荷脱硝。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统，包括顺次连接的生物质循环流化床锅炉、旋风分离器、锅炉换热器、脱硫吸收塔、布袋除尘器、电动挡板风门Ⅰ、引风机、电动挡板风门Ⅱ、烟囱，所述生物质循环流化床锅炉内置SNCR脱硝系统，其特征在于：在所述布袋除尘器和电动挡板风门Ⅰ之间设置电动挡板风门Ⅲ，所述电动挡板风门Ⅲ两侧连接SCR脱硝旁路两端，所述SCR脱硝旁路包括顺次连接的电动挡板风门Ⅳ、烟气加热器、SCR催化器、烟气冷却器和电动挡板风门Ⅴ。

烟气加热器为三级烟气加热器，其中第一级烟气加热器入口与第三级烟气加热器出口连接，第三级烟气加热器入口连接再热热段蒸汽管路，第二级烟气加热器入口连接汽轮机三段抽汽管路。

烟气冷却器为二级烟气冷却器，其中第一级烟气冷却器连接高压给水管路，第二级烟气冷却器连接轴封加热器出口的凝结水管路。

SCR催化器设置一级SCR催化剂。

烟气加热器的第一级烟气加热器出口(221)和第二级烟气加热器出口(222)连接疏水箱(31)，疏水箱(31)顺次连接疏水泵(32)和除氧器(33)。

本实用新型的有益效果是：

(1)保留了循环流化床锅炉中成熟的SNCR系统，高负荷时锅炉效率及运行费用均不变。

(2)高负荷时脱硝效率满足目前的排放要求，且能够适应未来排放标准进一步提高的要求：仅需要将除尘器出口烟道切换至SCR脱硝旁路并适当加大SNCR系统的喷氨量。

(3)低负荷时增加一条烟气脱硝旁路即可实现高效脱硝，新建机组及改造机组都适用。

(4)采用汽轮机三级抽汽和辅助蒸汽为汽源，对烟气进行三级加热，充分利用蒸汽热量，同时利用高压给水和凝结水回收烟气热量，最大限度降低对机组热耗的影响。同时蒸汽(水)-烟气换热效率高，设备尺寸和造价相对较低。

(5)本实用新型中SCR脱硝旁路属于二级脱硝措施，因此在已有SNCR脱硝的基础上，只需设置一层SCR催化剂即可满足锅炉各负荷工况的脱硝效率要求，系统初投资较低。

(6)由于SCR催化器仅设一层SCR催化剂，出口烟气经高压给水和凝结水充分回收热量，引风机入口侧的阻力和烟气体积流量大幅降低，引风机的型号和电功率均可减小。

(7)SCR脱硝旁路的SCR催化剂工作在净烟道，不受烟气中的灰尘影响，避免了常规生物质锅炉中的催化剂中毒现象发生，催化剂寿命得以延长。

综上所述，本实用新型对燃用生物质的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统进行了创新，采用SNCR脱硝系统和SCR脱硝旁路联合脱硝，优化了烟气加热及热量回收系统。整个系统投资相对低廉、脱硝效果提升明显，对机组的热效率影响降至最低；系统简单安全可靠，利于整体化布置，对外界环境友好。本实用新型达到高效、节能、减排的效果，同时能够满足未来锅炉NO_X排放标准进一步提高的环保要求。经计算，锅炉在40％～100％BMCR任意工况下的脱硝效率都可以超过84％，排烟NO_X低于50mg/Nm³，能够达到超低排放的标准。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

其中：11、生物质循环流化床锅炉；12、旋风分离器；13、锅炉换热器；14、脱硫吸收塔；15、布袋除尘器；161、电动挡板风门Ⅲ；162、电动挡板风门Ⅰ；163电动挡板风门Ⅱ；17、引风机；18、烟囱；211、电动挡板风门Ⅳ；212、电动挡板风门Ⅴ；22、烟气加热器；221、第一级烟气加热器出口；222、第二级烟气加热器出口；223、第二级烟气加热器入口；224、第三级烟气加热器入口；23、SCR催化器；24、烟气冷却器；241、第一级烟气冷却器出口；242、第一级烟气冷却器入口；243、第二级烟气冷却器出口；244、第二级烟气冷却器入口；31、疏水箱；32、疏水泵；33、除氧器。

具体实施方式

参照图1，基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统包括顺次连接的生物质循环流化床锅炉11、旋风分离器12、锅炉换热器13、脱硫吸收塔14、布袋除尘器15、电动挡板风门Ⅰ162、引风机17、电动挡板风门Ⅱ、烟囱18，生物质循环流化床锅炉内置SNCR脱硝系统。

高负荷工况(70％～100％BMCR)下：循环流化床炉内最高烟温高于800℃，此时烟温能够维持在脱硝反应的最佳温度窗口内，采用常规生物质循环流化床锅炉11内设置的SNCR系统就可以脱除大部分NO_X；随后烟气依次经过脱硫吸收塔14、布袋除尘器15，经引风机17升压后排入烟囱18。

当锅炉在中低负荷工况时(40％～70％BMCR)，温度低于SNCR最佳反应温度，脱硝效率降低导致NO_X排放超标，SNCR脱硝系统加大喷氨量降低NO_X量又会产生过量的NH₃气体，NH₃气体随着烟气直接排放造成新的污染。为解决这一问题，在除尘器出口烟道连接SCR脱硝旁路进行二次脱硝，具体设置方式为在布袋除尘器15和电动挡板风门Ⅰ162之间设置电动挡板风门Ⅲ161，电动挡板风门Ⅲ161两侧连接SCR脱硝旁路两端，SCR脱硝旁路包括顺次连接的电动挡板风门Ⅳ211、烟气加热器22、SCR催化器23、烟气冷却器24和电动挡板风门Ⅴ212。

当锅炉在中低负荷工况时，生物质循环流化床锅炉11内的SNCR系统正常喷氨，脱除一部分NO_X，为避免过量氨逃逸，SNCR处的最大喷氨量不可超过相应负荷下计算喷氨量的110％。锅炉出口烟气依次经过脱硫吸收塔14、布袋除尘器15，关闭电动挡板风门Ⅲ161，打开电动风挡门Ⅳ211和Ⅴ212,经烟气加热器22将烟气加热至SCR最佳反应温度窗口内，随后通过SCR催化器23，烟气中的NH₃和NO_X在高效催化剂的作用下进行还原反应，脱除大部分的NO_X，随后烟气通过烟气冷却器24冷却，经引风机17升压后排入烟囱。

在SCR脱硝旁路投运时，烟气温度能否升高至SCR催化还原反应的最佳反应温度窗口内是生物质锅炉能否实现全负荷脱硝的关键。本实用新型中所述烟气加热器为三级烟气加热器，其中第一级烟气加热器入口与第三级烟气加热器出口连接。再热热段蒸汽管路连接第三级烟气加热器入口224，再热热段蒸汽从第三级烟气加热器入口224进入、经过第三级烟气加热器和第一级烟气加热器，从第一级烟气加热器出口221流出进行加热，汽轮机三段抽汽管路连接第二级烟气加热器入口223，汽轮机三段抽汽从第二级烟气加热器入口223进入，从第二级烟气加热器出口222流出进行加热。SCR脱硝旁路烟气通过以下三级加热：

第一级加热：除尘器出口净烟气首先通过第一级烟气加热器，汽源来自于第三级烟气加热器出口的过热蒸汽，烟气初步加热至110℃；

第二级加热：汽轮机三段抽汽对烟气加热至245℃；

第三级加热：锅炉再热器热段蒸汽利用过热度加热烟气至320℃，第三级烟气加热器出口蒸汽回流至第一级烟气加热器。

需要说明的是，对于非再热式生物质循环流化床锅炉，第一、三级加热汽源可采用主蒸汽，第二级加热汽源同样采用汽轮机三段抽汽。

在已有SNCR脱硝系统的基础上，SCR脱硝旁路的SCR催化器23只需设置一层SCR催化剂即可满足锅炉各负荷工况的脱硝效率要求，引风机入口侧的阻力和烟气体积流量较低。

SCR脱硝旁路的烟气冷却器为二级烟气冷却器，第一级烟气冷却器连接高压给水管路，高压给水从第一级烟气冷却器入口242进入，从第一级烟气冷却器出口241流出进行冷却，第二级烟气冷却器连接轴封烟气加热器出口的凝结水管路，凝结水从第二级烟气冷却器入口244进入，从第二级烟气冷却器出口243流出进行冷却。烟气经过SCR催化器23进行还原反应后，热量较高，采用高压给水和轴封烟气加热器出口的凝结水进行两级烟气冷却器进行热量回收，提高锅炉给水温度的同时，可以减少低压加热系统中的汽轮机抽汽量，降低机组热耗。

SCR脱硝旁路的第一级烟气加热器出口221和第二级烟气加热器出口222连接疏水箱31，疏水箱31顺次连接疏水泵32和除氧器33。第一级、第二级烟气加热器的疏水经在线监测水质合格后，由疏水泵32加压回流至除氧器，实现工质回收再利用。

对于生物质灰中富含的碱金属极易导致SCR催化剂中毒的问题，SNCR系统脱硝后的烟气中碱金属以灰尘的型式存在，当烟气通过布袋除尘器15后，可脱除容易造成SCR催化剂中毒的绝大多数碱金属。因此当加热至320℃的烟气通过SCR催化剂区时，烟气中的NH₃气体和NO_X在此进行充分的还原反应，从而实现NO_X的高效脱除。

Claims (5)

1.一种基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统，包括顺次连接的生物质循环流化床锅炉(11)、旋风分离器(12)、锅炉换热器(13)、脱硫吸收塔(14)、布袋除尘器(15)、电动挡板风门Ⅰ(162)、引风机(17)、电动挡板风门Ⅱ(163)、烟囱(18)，所述生物质循环流化床锅炉(11)内置SNCR脱硝系统，其特征在于：在所述布袋除尘器(15)和电动挡板风门Ⅰ(162)之间设置电动挡板风门Ⅲ(161)，所述电动挡板风门Ⅲ(161)两侧连接SCR脱硝旁路两端，所述SCR脱硝旁路包括顺次连接的电动挡板风门Ⅳ(211)、烟气加热器(22)、SCR催化器(23)、烟气冷却器(24)和电动挡板风门Ⅴ(212)。

2.根据权利要求1所述的基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统，其特征在于，所述烟气加热器(22)为三级烟气加热器，其中第一级烟气加热器入口与第三级烟气加热器出口连接，第三级烟气加热器入口(224)连接再热热段蒸汽管路，第二级烟气加热器入口(223)连接汽轮机三段抽汽管路。

3.根据权利要求1所述的基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统，其特征在于，所述烟气冷却器(24)为二级烟气冷却器，其中第一级烟气冷却器连接高压给水管路，第二级烟气冷却器连接轴封加热器出口的凝结水管路。

4.根据权利要求1所述的基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统，其特征在于，所述SCR催化器(23)设置一级SCR催化剂。

5.根据权利要求2所述的基于生物质燃料的循环流化床锅炉全负荷脱硝系统，其特征在于，还包括疏水箱(31)、疏水泵(32)和除氧器(33)，所述烟气加热器的第一级烟气加热器出口(221)和第二级烟气加热器出口(222)连接疏水箱(31)，疏水箱(31)顺次连接疏水泵(32)和除氧器(33)。

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