SNCR在中温分离CFB锅炉上的CFD研究应用

北极星环保网讯: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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