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循环流化床锅炉的低氮排放技术
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循环流化床(CFB)是商业化程度较好的洁净煤技术之一,其具燃烧效率高、燃料适应性强、NOX生成量少、脱硫成本低等优势。随着经济发展,燃煤、燃油和燃气锅炉烟气排放的指标控制越来越严格,新颁布的环保标准要求对NOX、SO2和烟尘超低排放,具有低NOX排放和低SO2排放的循环流化床锅炉也不能满足现行环保标准的要求,结合CFB锅炉工程实例,对循环流化床锅炉燃烧条件进一步优化,可保证流化床锅炉初始NOX排放值在100mg/Nm3以下,为了使NOX排放值达到50mg/Nm3超低排放水平,循环流化床锅炉需要与SNCR脱硝、SCR脱硝及SNCR和SCR相结合的脱硝等烟气脱硝技术相结合。循环流化床锅炉原理



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改变燃烧条件控制氮氧化物排放措施


1.1 循环流化床锅炉床温控制


循环流化床锅炉NOX生成量与锅炉床温密切相关,在燃烧一定煤种时,锅炉燃烧效率随床温升高逐渐升高,NOX生成量随锅炉的床温升高而增加,炉内脱硫效率随着床温升高到一定值后急剧下降,锅炉床温的选取在保证锅炉效率的同时,需要兼顾考虑锅炉NOX生成量和炉内的脱硫效率,选取较为经济的锅炉运行床温,目前,流化床锅炉已经向超临界、大型化参数发展,在锅炉设计时,炉内需要布置更多的受热面控制锅炉床温在合理的数值。



1.2 循环流化床锅炉风量分配控制


为了降低锅炉运行过程中NOX生成量,尽量降低布风板一次风量,一次风作用保证炉内密相区的循环物料能够流化,通过二次风来实现燃料的燃尽,适当提高锅炉密相区上二次风口高度,同时加大密相区二次风的分级力度,在锅炉运行过程中调节上下二次风比例,增加上二次风口风量,选取合适的过量空气系数,控制锅炉出口烟气氧量。



通过控制合理的床温和改善流化床锅炉燃烧条件后,能够保证NOX初始排放量在100mg/Nm3以下。为了实现流化床锅炉超低排放指标,循环流化床锅炉仍然需要采用辅助烟气脱硝手段。



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循环流化床锅炉SNCR技术


SNCR技术是在循环流化床锅炉中成熟应用的一种烟气脱硝技术,它具有系统简单、可靠和效率高的优点。SNCR技术关键点包括:还原剂选择;还原剂喷入点选择;合适的反应温度区间,为850~1150℃。



尿素因为便于运输和储存,并且尿素溶液穿透性好,在循环流化床锅炉中,尿素溶液作为烟气脱硝还原剂被广泛应用;尿素溶液喷入点设置在旋风分离器入口烟道上或设置分离器出口烟道上,如图1所示,该处烟气温度在880~950℃之间,正好处在SNCR较佳反应温度区间,采用此种布置式,SNCR在循环流化床锅炉中的脱硝效率可以达到70%以上,但SNCR的氨逃逸率较高,较高达到8ppm,对空气预热器的选型设计需要特殊要求,选用脱硝专用的空气预热器,并且对空气预热器的下游设备也有较大影响。



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循环流化床锅炉SCR技术


SCR技术作为一种成熟的烟气脱硝技术在煤粉锅炉中被广泛采用,流化床锅炉因为飞灰含量高,受到催化剂选型因素的影响,在流化床锅炉中应用较少,随着催化剂制造工艺的不断提升,在循环流化床锅炉中也可以应用SCR技术控制NOX的排放。在循环流化床中,SCR反应器设置在省煤器出口和空气预热器入口之间,如图2所示,在锅炉整体布置设计时,需要保证SCR反应器入口烟气温度在300~420℃之间,为了满足锅炉满足全负荷脱硝,必要时可对省煤器分级设计,即将省煤器分为两级,SCR反应器入口设置一级省煤器,SCR反应器出口设置一级省煤器。SCR脱硝还原剂可以采用液氨,也可以采用尿素水解或热解制氨,在SCR反应器入口烟道喷入反应器,喷入的NH3在催化剂的作用下与烟气中的NOX反应,达到脱除NOX目的。



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循环流化床锅炉SNCR与SCR相结合技术


在循环流化床锅炉中,可以采用SNCR与SCR相结合的烟气脱硝形式,既可得到更高的脱硝效率,还可以控制脱硝系统氨逃逸率。在旋风分离器入口烟道或出口烟道设置SNCR尿素溶液喷枪,在省煤器出口设置SCR反应器,如图3所示,通过尿素溶液喷枪喷入尿素溶液,选择合适的NSR,尿素溶液热解生成的氨气与烟气中NOX反应后剩余的NH3,通过SCR反应器时,烟气中的NOX和NH3在催化剂的作用下继续反应,这样可以够控制反应器出口NH3逃逸率在3ppm以下。为了达到较高的烟气脱硝效率,也可以在SCR入口设置独立的喷系统,通过喷氨格栅将氨气喷入SCR入口烟道,还原剂制备区可以与SNCR尿素溶液制备区公用,通过采用尿素溶液水解或热解的工艺制备氨气。



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结论


通过控制流化床锅炉床温,控制流化床锅炉风量分配和过量空气系数,改善锅炉燃烧条件,同时采取辅助的脱硝设施,如SNCR、SCR、SNCR和SCR相结合等烟气脱硝技术,能够保证循环流化床锅炉出口NOX排放值达到超低排放标准的要求。


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