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2012年1月1日实施的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)大幅收紧了燃煤电厂SONOx、粉尘等大气污染物排放限值,并根据燃烧方式、投运时间和所在地域不同分别要求燃煤锅炉执行NOx(以NO2计)200mg˙m-3(现役W型火焰锅炉、CFB锅炉等)、100mg˙m-3(新建锅炉、重点地区)排放限值;而各地政府提出更严格的要求,如福建省要求所有燃煤发电锅炉执行NOx排放限值100mg˙m-3(闽政办〔2012〕87号文)。
多年运行实践数据和多次现场工业热态试验结果均表明,大部分在2000年左右投运的燃用福建无烟煤的中温分离CFB锅炉的NOx排放浓度可满足GB13223-2011的现役CFB锅炉NOx排放限值200mg˙m-3(在基准氧含量6%条件下,下同)要求,但无法满足福建省NOx排放限值100mg˙m-3要求,所以脱硝改造势在必行的。
选择性催化还原技术(ivecatalyticreduction,SCR)是目前世界上技术最成熟、应用最广泛、脱硝效率最高且最为有效的一种烟气脱硝技术,但也存在设备投资大、占地面积大、运行成本高、废旧催化剂处理麻烦
(催化剂是固废危险品)等缺点,常用于新建电厂和大容量锅炉改造。选择性非催化还原技术(ivenon-cat-alyticreduction,SNCR)是一种不采用催化剂,使用氨或尿素在850℃~1150℃范围内还原NOx的方法,具有改造简单、初投资低、占地面积小、运行费用低等优点,是中小容量锅炉脱硝改造的首选。但受炉内温度梯度大和还原剂混合不均影响较大,存在还原剂耗量大、NOx脱除效率低等缺点,且温度窗口的选择和控制也较困难,常与SCR(即SNCR+SCR)联合应用于新建CFB锅炉,以满足《关于印发煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)的通知》(发改能源〔2014〕2093号)的新建燃煤发电机组NOx排放浓度不高于50mg˙m-3的要求。
为降低脱硝成本,从源头上降低NOx生成量和排放浓度,该炉先后进行了缩减布风板面积和提高二次风率、提高下二次风口高度和增设一层上二次风的低氮燃烧改造,取得了显著效果,NOx原始排放浓度可控制在140~180mg˙m-3之间。
为此,经过技术、经济综合比较并根据现场实际情况,2台燃烧福建无烟煤的75t˙h-1中温旋风分离CFB锅炉决定采用SNCR进行脱硝改造。然而,中温旋风分离CFB锅炉的分离器入口设计烟温为567℃、实际运行烟温在520℃~580℃之间,无法设置喷氨(NH3)点;但是,该锅炉炉床(标高4.7m)运行温度在930℃~1000℃、炉膛出口(标高19.0m)烟温在850℃~1050℃之间(设计烟温为920℃),与SNCR喷氨脱硝的温度区间850℃~1100℃相近,可设置喷氨点。为此,利用Fluent软件对SNCR进行计算流体力学(computationalfluiddy-namics,CFD)研究,通过模型机理分析、数值模拟计算等手段,确定合理的中温旋风分离CFB锅炉炉膛内喷氨点,使喷入的氨(NH3)能与炉内NOx充分接触反应并有足够的停留反应时间,从而得到较高的脱硝效率,同时减少氨逃逸率。
1 模拟对象和数学模型
1.1 研究对象
拟改造的2台中温旋风分离CFB锅炉是东方 锅炉厂为燃用福建无烟煤而设计的中温中压参数DG75/3.82-11型CFB锅炉(如图1所示),采用“高炉膛、低烟速、高炉膛燃烧温度、中温旋风绝热分离、中物料循环倍率”设计方案,分别于2000年4月和2001年9月投运。该炉在布风板(标高4.7m)至炉膛上部(标高18.5m)水冷壁上敷设70mm厚耐磨挂砖作为卫燃带,使燃料在炉膛处于近似绝热状态下燃烧;在炉膛出口段(标高24.29m至28.69m)布置了蒸发管束、高温过热器、低温过热器等受热面,以弥补由于增加炉膛卫燃带区域而造成的水冷壁蒸发受热面的减少。锅炉主要设计参数见表1,主要运行参数见表2。
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10月27日,国家能源局湖南能监办发布关于进一步做好煤电节能减排工作的通知。通知要求,煤电企业自查自纠要严格对照国家法律法规标准,既突出排查烟气排放达标、监测合规性和CEMS系统建设运行等方面的问题,又深入排查煤电升级改造及淘汰落后产能、机组性能指标、能效指标、环保指标等方面存在的问题。
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