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摘要:本文针对SNCR脱硝技术首次在300MWCFB锅炉的成功应用进行详细介绍,CFB机组本身具有低氮排放的特性,目前国内大部CFB机组NOX排放在200mg/Nm3左右,经SNCR技术改造后,可以满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)对重点区域CFB氮氧化物排放限值(小于100 mg/Nm3)的要求,以期为国内众多CFB机组提供新的脱硝思路。
关键词: SNCR 脱硝技术 CFB锅炉 应用
1.概述
秦皇岛秦热发电有限责任公司#5机组(300MW CFB)于2012年底完成了以尿素为还原剂的SNCR烟气脱硝装置改造工程,改造前NOX排放浓度约为240 mg/Nm3(6%O2),通过SNCR脱硝设施改造,设计脱硝效率不小于60%,排放指标满足国家标准对重点地区的要求(低于100mg/Nm3)。168小时试运行期间,平均脱硝效率为73.43%,最大脱硝效率可达82.96%,NOX平均排放值54.5 mg/Nm3;2012年12月1日通过了由河北省环境保护厅组织的环保验收;在CFB机组中采用SNCR脱硝技术所取得的效果远远超过预期,CFB+SNCR设计综合脱硝效率>85%,实测>90% 。
2.工程概况
2.1 建设单位机组简介
秦皇岛秦热发电有限责任公司2×300MW循环流化床(CFB)锅炉机组,于2007年投产发电。锅炉由东方-电气集团东方-锅炉股份有限公司采用法国ALSTOM公司技术设计的DG1025/17.4-Ⅲ型CFB锅炉,锅炉出力1025t/h,为亚临界参数自然循环流化床汽包炉,该型锅炉整体呈左右对称H型布置,4台高温旋风分离器布置在锅炉两侧,采用外置换热器控制床温及再热汽温。
2.2脱硝工艺选择
根据现场实际,CFB锅炉采用炉内脱硫,脱硫产物易导致SCR工艺所用催化剂钙化中毒,影响使用寿命和脱硝效率;锅炉设计无预留增加脱硝装置反应器空间,现场条件无法满足SCR工艺布置要求;锅炉燃用低热值高灰分燃料,尾部灰浓度远高于煤粉锅炉,会造成SCR反应器催化剂磨损严重、使用寿命降低,将使运行费用增加较大;省煤器后烟温较煤粉炉低,设计310左右为SCR脱硝反应的温度下限,不利于SCR反应器提高脱硝效率;由于催化剂的加入会将SO2氧化为SO3并与逃逸氨反应生成硫酸氨和硫酸氢铵,易造成空预器积灰堵塞和腐蚀且系统阻力增加较大,影响机组运行安全。鉴于以上因素,秦热公司不考虑采用SCR和SNCR+SCR联合脱硝工艺。
SNCR适用于CFB机组,首先其炉膛出口温度一般在850~1000℃区间内,在SNCR工艺高效“温度窗”内;其次燃烧后烟气分四部分分别经过分离器,在分离器内剧烈混合且停留时间超过1.5秒,为SNCR工艺提供了天然的优良反应器;最后由于CFB燃烧技术是一种低NOX燃烧技术, CFB锅炉出口NOx浓度较低,再通过SNCR工艺,可确保出口浓度达到环保要求;此外SNCR工艺投资和运行费用都低于SCR工艺,工业试验和国外运行经验均表明SNCR系统用于CFB锅炉,设计合理可达60% 以上脱硝效率,氨逃逸可低于10ppm。
2.3 SNCR系统工艺简介
秦热公司的SNCR系统是用尿素作为还原剂喷入旋风分离器内与NOX进行选择性反应,不用催化剂,直接与烟气中的NOX进行反应生成N2和H2O,该方法以旋风分离器作为反应器,CFB锅炉特有的旋风分离器结构,为脱硝反应提供了强烈的混合场所,有助于烟气和喷入的还原剂均匀混合,并提供了足够的反应时间。
作为还原剂的固体尿素,被溶解制备成质量浓度为50%的尿素溶液。尿素溶液经输送泵输送至稀释模块前,与稀释水按一定比例混后,被稀释为适当浓度的尿素溶液,经过计量分配装置的精确计量分配至每个喷枪,最后经喷枪喷入炉膛,进行脱硝反应。
其反应方程式为
NO+CO(NH2)2 +1/2O2→2N2+CO2+H2O
SNCR脱硝系统采用模块化设计,主要由尿素溶液储存与制备系统、循环输送模块、稀释模块、计量分配模块、喷射系统、自控系统所组成。
尿素储存及制备系统(两台机组共用一台溶解罐(Φ2200×2700),两台尿素溶液储罐(Φ4500×5500),总容积满足2台炉7天用量。
溶解罐内尿素与冷渣器出口引来的凝结水(0.6~1MPa,40~65℃)通过搅拌混成均匀的50%尿素溶液。50%尿素溶液通过一用一备的耐腐蚀循环泵泵入两台尿素溶液储罐,运行中要保证尿素溶液温度不低于结晶温度。
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