循環流化床鍋爐低負荷脫硝技術的研究

張景偉 王峰

摘 ?要：目前的 CFB 鍋爐實施脫硝技術主要集中在將噴槍的位置設置在旋風分離器入口，但是在鍋爐低負荷時分離器入口煙溫低于800℃，脫硝效果低無法滿足超低排放要求。目前常規的做法為將噴槍布置于爐膛上部，但是因為 CFB 鍋爐灰濃度過大，無法布置長槍，難以保證脫硝劑與煙氣的均勻混合，使得脫硝的效率不令人滿意，同時，噴槍磨損及損壞情況非常嚴重，特開展低負荷脫硝方案及技術路線的研究與試驗。

關鍵詞：循環流化床鍋爐 ? ?脫硝

概述

目前的CFB鍋爐實施脫硝技術主要集中在將噴槍的位置設置在旋風分離器入口，但是在鍋爐低負荷時分離器入口煙溫低于800℃，脫硝效果低無法滿足超低排放要求。目前常規的做法為將噴槍布置于爐膛上部，但是因為 CFB 鍋爐灰濃度過大，無法布置長槍，難以保證脫硝劑與煙氣的均勻混合，使得脫硝的效率不令人滿意，噴槍磨損及損壞情況非常嚴重。

潘三電廠#1、2機組超低排放改造后，通過啟停機及低負荷期間數據分析發現機組點火并網初期由于爐內循環尚未建立，旋風分離器入口溫度低于700℃甚至更低，在此時間段NOx污染物排放值折標后在280—450mg/Nm3之間嚴重超污染物排放限值（<200mgNm3）。我廠SNCR系統在旋風分離器入口低于700℃以下時是無法滿足點火并網初級及低負荷時污染物指標排放與超低值。根據省調要求潘三電廠將納入深度調峰機組，為了保障深度調峰期間NOX污染物指標滿足超低排放限值要求，特開展低負荷脫硝方案及技術路線的研究與試驗。

一、設備概況

潘三電廠鍋爐 （DG440/13.8-II8型）單汽包、自然循環、循環流化床燃燒方式。鍋爐主要由一個水冷壁爐膛，兩臺汽冷式旋風分離器和一個有汽冷包墻包覆的尾部豎井（HRA）三部分組成。爐膛內布置有屏式受熱面：六片屏式過熱器管屏、四片屏式再熱器管屏和一片水冷分隔墻。四個排渣口布置在爐膛后水冷壁下部，分別對應兩臺滾筒式冷渣器，其余兩個為事故排渣口。爐膛與尾部膜式豎井之間，布置有兩臺汽冷式旋風分離器，其下部各布置一臺“J”閥回料器。尾部采用雙煙道結構，前煙道布置兩組低溫再熱器，后煙道由上至下依次布置有高溫過熱器、低溫過熱器，向下前后煙道合成一個，在其中布置有螺旋肋片管省煤器和臥式空氣預熱器?？諝忸A熱器采用光管式，沿爐寬方向雙進雙出。過熱器系統中設有兩級噴水減溫器，再熱器系統中布置有事故噴水減溫器和微噴減溫器。

鍋爐給沒采用前墻給煤，共設6個給煤口、4個石灰石給料口，石灰石給料口在落煤管處。上、中、下三層播煤風將燃料均勻的送入左右側爐膛。為了防止煙氣反串至給煤機，給煤機密封風由進入空預器前的一次冷風提供。播煤風由空預器出口的一次熱風提供（一次熱風200℃左右），由于一次風壓較高（12-14KPa），故取消播煤增壓風機。

二、項目實施方案

潘三電廠組織技術人員多次進行方案和技術路線論證，最終確定在上二次風管內增設尿素噴槍用于檢驗并網初期低負荷脫硝效率試驗。

項目實施方案如下：

1）將尿素槍布置于上二次風管內，利用二次風將還原劑進行充分的混合，有效提高脫硝效率，本次試驗采用與原SNCR同類型長槍，噴槍設置選擇初期應充分考慮爐內5Kpa背壓，以克服阻力增大接觸面積獲得更好的脫硝效率。噴槍無需插入爐膛內，避免了噴槍磨損、堵塞、燒蝕，噴槍冷卻使用二次風冷卻避免重新設置冷卻風系統。

2）潘三電廠上二次風管共設置12根，本次試驗新增加12只尿素噴槍，噴槍主要技術指標按如下參數實施。噴嘴材質：310S 。噴槍材質：316L 。保護噴槍的冷卻風套管材質：310S。噴嘴、噴槍、冷卻風套管最高工作溫度：1000 ℃，所選材料為耐磨、抗高溫及防腐特性，能承受反應溫度窗口區域的最高溫度、高灰，而不產生任何損壞。噴槍不設置冷卻風，冷卻風采用二次風。噴嘴尿素溶液/霧化風壓力范 0.2-0.3 MPa，噴嘴霧化采用壓縮空氣霧化：壓縮空氣0.3-0.4 MPa。

3）尿素噴槍入口噴嘴平均液滴粒徑：60μm，噴嘴最大液滴粒徑：100μm;爐內噴嘴平均液滴粒徑：60μm，噴嘴最大液滴粒徑：100μm;合理液滴尺寸和粒徑分布，使還原劑具有強的穿透能力和充分分布，與煙氣中的NOx 混合良好。

4）尿素溶液母管及霧化風所需壓縮空氣從9米平臺接入，經聯箱及分配閥門進入各分支噴槍內。

三、效果分析：

（一）、啟機階段并網初期試驗效果分析：

說明：下部脫硝為上二次風管處脫硝，上部脫硝為旋風分離器入口處脫硝，聯合脫硝為上二次風管處脫硝加旋風分離器入口處脫硝。

數據分析：

1、上表1數據第1、2組為汽機沖轉前，爐膛出口溫度低于450℃，爐膛下部溫度A側達650℃、B側低于550℃時，投入下部脫硝噴槍。噴槍出力由0.4MPa增加至0.65MPa，觀察NOx原始排放值約為380mg/m3較為穩定，無下降趨勢。說明在床溫分布不均勻，煙氣溫度偏低的情況下，投入脫硝系統基本無效果。

2、上表1數據第3、4組為機組初始帶負荷低于45MW，爐膛出口溫度低于450℃，爐膛下部溫度兩側均超過600℃，且煙溫分布相對均勻，投入下部脫硝噴槍。噴槍出力0.65MPa、流量約為1100L/H，NOx原始排放值基本控制在110-120 mg/m3。

3、上表1數據第5組為機組初始帶負荷低于45MW，比較減小下部脫硝噴槍出力，壓力低于0.6MPa時，觀察NOx原始排放值呈上升趨勢，控制在150-180 mg/m3，說明降低脫硝噴槍壓力，將會減弱噴槍的穿透力，減少了尿素與煙氣的接觸面積，使得脫硝效率降低。

4、 上表1數據第6組為退出全部脫硝噴槍時，NOx原始排放情況，基本穩定在300 mg/m3。

5、上表1數據第7組為投下部脫硝槍情況，第8組為投上部脫硝槍情況。在噴槍維持出力基本一致的情況下，投入上部NOx原始排放值在200 mg/m3以上，投入下部NOx原始排放值在100 mg/m3左右。

6、上表1數據第9組為上下部脫硝噴槍聯合投入，NOx原始排放值在60 mg/m3左右。

（二）機組正常運行后，低負荷不同階段試驗數據分析：

低負荷試驗期間數據記錄如下：

數據分析：

1、投運二次風SNCR脫硝系統時，機組負荷53MW，A側尿素流量395L/H，B側尿素流量331L/H，出口氮氧化物實測值28mg/Nm3，折算值32mg/Nm3，出口氮氧化物能控制50mg/Nm3以內。

2、旋風分離器SNCR+二次風SNCR聯合投運，機組負荷41MW，A側尿素流量483L/H，B側尿素流量438L/H，出口氮氧化物實測值22mg/Nm3，折算值30mg/Nm3;上下聯合投運，出口氮氧化物能控制在50mg/Nm3以內。

3、試驗階段停運尿素輸送泵，機組負荷40MW，出口氮氧化物實測值最高58mg/Nm3，折算值最高80mg/Nm3。數據穩定后，投運上部旋風分離器SNCR脫硝系統，投運大約10分鐘，出口氮氧化物實測值58mg/Nm3，折算值72mg/Nm3，出口氮氧化物沒有降低。

4、旋風分離器SNCR系統投運10分鐘，出口數據穩定后，退出分離器SNCR脫硝系統，投運二次風SNCR脫硝系統，出口氮氧化物實測值31mg/Nm3，折算值41mg/Nm3，出口氮氧化物在50mg/Nm3以內。

5、下圖為低負荷運行期間DCS畫面截屏（30%BMCR工況），污染物排放指標滿足超低排放改造要求。

綜合分析：

1、機組在點火啟動階段，機組負荷低于40MW，NOx原始排放值能控制在200 mg/m3以內;機組負荷高于40-65MW ，NOx原始排放值能控制在100 mg/m3左右，但無法實現超低排放;同時尿素輸送壓力影響較大，基本要維持在0.6MPa以上。

2、冷態啟動投二次風SNCR脫硝系統，雖沒有達到脫硝反應的最佳溫度，但出口氮氧化物實測值能控制在200mg/Nm3以內，與投運旋風分離SNCR系統數據對比已能滿足啟機階段的NOx污染物達標排放，該時段脫硝效率能保障在40%-50%左右。

3、在進行低負荷脫硝階段試驗期間，通過二次風SNCR系統獨立運行、與原SNCR系統聯合運行均能保障在30%BMCR及以上低負荷運行能夠滿足超低排放要求，其脫硝效率最高可達到50%以上。本次試驗充分驗證了在上二次風布置SNCR系統可以滿足低負荷調峰期間污染物超低排放。

4 結束語

經過此次下二次風管脫硝改造，機組在點火啟動階段負荷低于40MW，NOx原始排放值能控制在200 mg/m3以內;負荷在40-65MW，NOx原始排放值能控制在100 mg/m3左右，但無法實現超低排放;同時尿素輸送壓力影響較大，基本要維持在0.6MPa以上。在機組正常運行后，機組進行深度調峰，NOx原始排放能實現超低排放，此次脫硝改造試驗達到了預期的目的。

參考文獻

[1] 循環流化床鍋爐理論設計與運行。中國電力出版社 ? ? ? ? 1998

[2] 循環流化床鍋爐運行與檢修（第二版） ?中國水利水電出版社 ? ? ? ? ? 2005

[3]中華人名共和國電力行業標準DL/T 1035.5-2006 ? ? ?2006

[4] 電力工程材料（通用材料 ）ISBN 7-5083-0432-2 ?中國電力出版社 ? 2000

作者簡介：

張景偉：淮南礦業集團發電有限責任公司潘三電廠生技部主管，工程師 ?郵編：232096

王峰 ? ? ?淮南礦業集團發電有限責任公司潘三電廠 ? ?工程師 ?郵編：232096