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燃用煤矸石循环流化床锅炉烟气脱硝方案研究

北极星电力网新闻中心  来源:循环流化床发电  作者:陈建全  2017/6/14 16:51:59  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 超低排放 燃煤发电 CFB锅炉

北极星火力发电网讯:CFB(循环流化床)燃煤发电锅炉具有燃烧效率高、燃料适应性广、污染物排放低、运行稳定等诸多优势,已在国内外得到广泛应用。对于煤矸石的综合利用与发电,CFB被认为是最为适宜的技术之一。

虽然我国煤矸石储量丰富,但由于其质地硬、密度大、热值低、不易燃烧等特点,采用常规煤粉燃烧技术,燃用煤矸石发电是极其困难的。而CFB锅炉则完全可以适应这种低热值煤。目前,我国已经规划建造了多个以煤矸石为燃料的CFB锅炉发电机组,最大单机容量达到了350MW。

燃用煤矸石CFB锅炉采用炉内喷石灰石脱硫,可以降低烟气排放的SO2浓度,同时由于炉内燃烧温度不高,采用分级配风方式,其烟气中的NOX浓度也较低。然而,随着国家对电站锅炉烟气污染物排放标准的不断提高,燃用煤矸石的CFB锅炉烟气污染物达标排放问题,是发电厂面临的又一新的挑战。2011年我国颁布了GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》,要求自2014年7月1日起现有CFB机组排放的烟气中氮氧化物浓度不大于200mg/m3,新建CFB机组不大于100mg/m3。2014年印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》中,要求和鼓励新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值,即在基准氧含量6%条件下,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10,35,50mg/m3,实现燃煤发电机组的超低排放

目前,燃煤矸石大型CFB锅炉排烟NOX浓度通过运行调整一般可控制在200mg/m3以内,但如果要实现超低排放目标,则必须根据机组的实际特点,研究和应用适宜的技术,对CFB锅炉进行改造升级。

1 CFB锅炉脱硝技术分析

燃煤锅炉中NOX的生成途径主要可分为3种:热力型、快速型和燃料型。热力型NOX的生成温度一般要求1500℃以上,而CFB锅炉炉内温度在1000℃以下,因此热力型NOX的含量很少。快速型NOX的生成条件为低氧、燃料富余,而CFB锅炉内的空气过剩系数一般在1.2以上,不满足快速型NOX的生成条件。燃料型NOX主要由燃料中的含氮化合物在加热过程中,伴随挥发分燃烧和焦炭燃烧形成。因此,CFB锅炉生成的NOX主要是燃料型NOX,其含量常超过95%,主要包括:挥发分燃料燃烧阶段形成的NOX和焦炭燃烧阶段形成NOX。

目前,控制CFB锅炉NOX排放的技术主要有以下几种。

1.1 低氮燃烧技术

低氮燃烧技术主要是通过运行方式的改进或对燃烧过程进行特殊控制,一方面抑制燃料生成NOX,另一方面将已生成的NOX还原,最终降低NOX排放量。主要方法包括:

(1)低氧燃烧。通过降低过量空气系数,以利于还原性气氛的形成,减少NOX的生成。

(2)强化分级配风。流化床锅炉本身就是分级配风,但需根据煤种不同合理调整一、二次风的风量及风速,避免产生局部高温。

(3)燃料再燃。在旋风分离器入口前再送入一股气体燃料,由于氧量不足会形成还原性气氛,将NOX还原为N2。

1.2 SNCR脱硝技术

SNCR(选择性催化还原)脱硝技术是指在无催化剂的作用下,在最佳反应温度850~1000℃之间喷入还原剂,将烟气中的NOX还原为无害的N2和H2O。该技术一般采用炉内喷氨或尿素作为还原剂还原NOX,其主要反应式为:

1.3 SCR脱硝技术

SCR(选择性催化还原)脱硝技术的原理是在催化剂(V2O5/TiO2)的作用下,在最佳的催化温度300~400℃之间,用还原剂氨(NH3)与NOX反应生成无害的N2和H2O,一般将SCR反应器置于省煤器后、空气预热器之前。其主要反应式如下:

1.4 SCR-SNCR脱硝技术

SCR-SNCR混合脱硝技术是结合了SNCR法的经济性和SCR法的高效而发展起来的一种脱硝工艺,其流程是:先将还原剂喷入炉膛,在高温下还原剂与烟气中的NOX发生还原反应,初步脱硝后,未反应完全的还原剂进入设在省煤器与空预器之间的SCR反应器,在有催化剂参与的情况下进一步脱除NOX。

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