2012 华能清洁能源技术研究院 G-CFB锅炉的低NOX排放与解决方案 (2)ppt课件

1、CFBCFB锅炉低锅炉低NOxNOx排放与处理方案排放与处理方案孙献斌孙献斌华能清洁能源技术研讨院华能清洁能源技术研讨院20212021年年7 7月月1717日日主要内容主要内容一一.CFB.CFB锅炉的锅炉的NOxNOx排放程度排放程度二二. .超低排放与深度脱除超低排放与深度脱除三三. .熄灭调整熄灭调整四四. .低氮改造低氮改造五五.SNCR.SNCR技术技术一一.CFB.CFB锅炉的环保特性锅炉的环保特性11台台CFB锅炉性能实验数据锅炉性能实验数据 Sar=0.41%5.34%SZS1.77g/MJ，smax=97.5% ，Ca/S=1.72.6，SO2 249mg/Nm3 ，NZS

2、0.81g/MJ ，NOx 200mg/Nm3电厂及锅炉容量Sar(%)SZS（g/MJ）Nar(%)NZS（g/MJ）Ca/S脱硫效率（%）SO2（mg/Nm3）NOX（mg/Nm3）内江高坝发电厂100MW3.121.360.710.312.493.726878分宜发电厂 100MW0.580.330.430.322.381386114济宁运河电厂135MW0.762.389.3322123华能济宁电厂135MW2.411.0431.090.483.993.2392119江苏大屯电厂135MW0.750.360.880.432.284.229751.5山东华宇铝电有限公司135MW2.05

3、0.952.697.314495美国RedHills250MW0.410.40.560.523.195123140美国JEA300MW5.341.771.150.381.797.5(SDA=1.3)24986红河电厂300MW1.661.331.010.812.2294.3395126白马示范电站300MW2.91.60.570.371.6794.755090开远电厂300MW2.031.360.990.681.9794.5392.593JN电厂电厂MW CFB锅炉锅炉NOx排放值排放值 JN电厂NOx的排放浓度低于250 mg/Nm3，平均值仅为119 mg/Nm32007年05010015

4、02002507月16日7月18日7月20日7月21日7月23日7月25日7月27日NOx mg/Nm3CFB锅炉的熄灭特点决议了锅炉的熄灭特点决议了NOX排放较低排放较低 热循环回路的低温熄灭热循环回路的低温熄灭 炉膛下部的分级熄灭炉膛下部的分级熄灭 大部分大部分NOXNOX排放值排放值100100250 mg/Nm3250 mg/Nm3 个别个别CFBCFB到达到达380 mg/Nm3380 mg/Nm3 生物质生物质CFB330 mg/Nm3CFB330 mg/Nm3 石煤燃料石煤燃料550 mg/Nm3550 mg/Nm3BLH 300MWCFB锅炉锅炉NOX排放值排放值典型典型300

5、MWCFB 300MWCFB 锅炉烟气锅炉烟气SO2SO2排放环保监测数据排放环保监测数据折算成分折算成分SZS、 NZSg/MJparnetarzsQSS,10parnetarzsQNN,10以煤的含硫量为例，折算硫分以煤的含硫量为例，折算硫分Szs与原始与原始SO2排放值呈较好的线排放值呈较好的线性关系，而收到基含硫量性关系，而收到基含硫量Sar与与原始原始SO2是多值性关系。对于不是多值性关系。对于不同煤种同样的收到基含硫量同煤种同样的收到基含硫量Sar，由于发热量差别很大，其原始，由于发热量差别很大，其原始排放值能够差别很大，例如，当排放值能够差别很大，例如，当收到基含硫量收到基含硫量

6、Sar约为约为1.5%时，时，原始原始SO2排放值可在排放值可在32005200mg/m3之间变化。因之间变化。因此，以折算硫分作为判别煤中含此，以折算硫分作为判别煤中含硫量的大小更为科学硫量的大小更为科学排放值的预测排放值的预测)1 (54383678. 0)1 (20002sselfzssselfzsSSSOmg/Nm3煤每煤每1MJ1MJ发热量所产生的干烟气容积在发热量所产生的干烟气容积在=1.4=1.4时为时为0.3678Nm3/MJ,0.3678Nm3/MJ,这个估这个估算值的误差在算值的误差在5%5%以内以内; ;煤的自脱硫才干主要和煤灰的本身煤的自脱硫才干主要和煤灰的本身Ca/S

7、Ca/S有关有关式中式中XCaOXCaO煤灰中煤灰中CaOCaO含量，含量，% %；AarAar煤的收到基灰分，煤的收到基灰分，% %；SarSar煤的煤的收到基硫分，收到基硫分，% %；通常不同煤种的本身的钙硫摩尔；通常不同煤种的本身的钙硫摩尔msinmsin小于小于1 1 例如例如 某褐煤的工业分析结果为：收到基灰分某褐煤的工业分析结果为：收到基灰分Aar=26%Aar=26%，硫分，硫分Sar=1.5%Sar=1.5%，水分水分Mar=30%Mar=30%，低位发热量，低位发热量Q net,ar,p=10.28MJ/kgQ net,ar,p=10.28MJ/kg，灰成分中，灰成分中SiO

8、2=42.4%SiO2=42.4%，Al2O3=15.9%Al2O3=15.9%，MgO=3.9%, CaO=9.5%MgO=3.9%, CaO=9.5%，计算煤的本身钙硫，计算煤的本身钙硫摩尔比摩尔比msin=0.94msin=0.94ararsin00571. 0SXAmCaOCFBCFB锅炉中锅炉中NOxNOx的排放值的预测的排放值的预测 燃料中氮实际上完全转化为燃料中氮实际上完全转化为 时的排放值按下式计算时的排放值按下式计算 式中式中 燃料中的氮实际上全部转化为燃料中的氮实际上全部转化为NOxNOx时的排放时的排放值，值，mg/Nm3(O2=6%mg/Nm3(O2=6% Nar Na

9、r燃料中收到基氮含量，燃料中收到基氮含量，% %； V0gy1kg V0gy1kg燃料完全熄灭生成的实际干烟气量，燃料完全熄灭生成的实际干烟气量， Nm3/kgNm3/kg 实践实践CFB CFB 的的NOxNOx排放值和氮转化率及炉膛温度有关排放值和氮转化率及炉膛温度有关 CRCR燃料中氮转化率，燃料中氮转化率，% %；KTKT温度修正系数温度修正系数21)621(14461004gyarthXVNNO)1 (8909NselfxNzsNO100TRthXxKCNONO 燃料的种类燃料的种类 氮含量氮含量 燃料的种类燃料的种类 氮含量氮含量 原油原油 0.050.4 褐煤褐煤无烟煤无烟煤 0

10、.42.9 沥青沥青 0.20.4 石油焦炭石油焦炭 1.33.0 C重油重油 0.180.21 奥里乳化油奥里乳化油 0.60.8 A重油重油 0.0130.015 油页岩油页岩 0.430.58 汽油汽油 0.0120.013 油页岩油油页岩油 0.41.2 煤油煤油 90/10NO是一种无色、无刺激的不活泼气体；是一种无色、无刺激的不活泼气体； NO2是棕红色、有刺激性是棕红色、有刺激性臭味的气体，二者均为有毒气体，其中臭味的气体，二者均为有毒气体，其中NO2比比NO的毒性高的毒性高45倍。倍。NO会降低人的血液输氧才干，引起组织缺氧和中枢神经麻木会降低人的血液输氧才干，引起组织缺氧和中

11、枢神经麻木NO2刺激呼吸系统后会引起急性或慢性中毒，主要表现为对肺的损刺激呼吸系统后会引起急性或慢性中毒，主要表现为对肺的损害害NO2与碳氢化物反响构成光化学烟雾，构成酸雨，呵斥环境污染；与碳氢化物反响构成光化学烟雾，构成酸雨，呵斥环境污染；还能抑制植物的光协作用，使植物发育受阻还能抑制植物的光协作用，使植物发育受阻N2O，吸入能使人狂笑；是一种温室气体，会破坏臭氧层，是，吸入能使人狂笑；是一种温室气体，会破坏臭氧层，是CO2的的296倍倍热力型热力型- -占占10%-20%10%-20%，在，在15001500以上形以上形成成, ,在熄灭过程必需控制适当的温度和在熄灭过程必需控制适当的温度和

12、氧量氧量 燃料型燃料型- -是指燃料中的氮受热分解和是指燃料中的氮受热分解和氧化生成氧化生成NOxNOx。进一步说，主要指挥发。进一步说，主要指挥发份中的氮化合物生成份中的氮化合物生成NOxNOx，在煤熄灭，在煤熄灭过程中占总的过程中占总的NOxNOx排放量的排放量的80%80%90%90%快速型快速型- -是指空气中的氮和碳氢燃料先是指空气中的氮和碳氢燃料先在高温下反响生成中间产物在高温下反响生成中间产物N N、NCHNCH、CNCN等，然后快速与氧反响，生成等，然后快速与氧反响，生成NOxNOx。这部分这部分NOxNOx占占NOxNOx总量的约总量的约5%5%。煤在熄灭中各种类型煤在熄灭中

13、各种类型NOxNOx的的生成量和炉膛温度的关系生成量和炉膛温度的关系NOX生成机理生成机理CFB熄灭N2O排放量偏大的主要缘由与其生成机理有关，煤在熄灭初期先析出挥发物，其中含有氨基物和氰化物；它们大致在700900之间会被氧化生成N2O，CFB熄灭温度多在此范围内。而当温度超越900，N2O会被复原成N2新的烟气排放规范对新的烟气排放规范对CFB锅炉的要求锅炉的要求 新的烟气排放规范新的烟气排放规范(超低排放超低排放) SO2 100mg/m3 NOx 100mg/m3 (现有现有CFB 200mg/m3 粉尘粉尘30mg/m3 全球最严厉的环保规范全球最严厉的环保规范 新排放规范要求电力工

14、业越来越多地对其排放担新排放规范要求电力工业越来越多地对其排放担任任,目前目前CFB锅炉的排放程度很难到达此规范，如锅炉的排放程度很难到达此规范，如此那么此那么CFB锅炉出路何在？锅炉出路何在？ 需求研讨深度脱除技术需求研讨深度脱除技术环保排放规范新旧比对环保排放规范新旧比对时段第1时段第2时段第3时段实施时间2005年2010年2005年2010年2004年燃煤锅炉及燃油锅炉2100(1)1200(1)21001200(2)4001200(2)400800(3)1200(4)时段第1时段第2时段第3时段实施时间2005年2005年2004年燃煤锅炉Vdaf20%450燃油锅炉65040020

15、0燃气轮机组燃油150燃气80火力发电锅炉火力发电锅炉SO2最高允许排放浓度最高允许排放浓度 单位：单位：mg/m3GB13223-2003 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度 (单位：单位：mg/m3)抑制燃料型抑制燃料型NOX的根本战略的根本战略不仅要抑制不仅要抑制NOXNOX的生成，还要发明有利于的生成，还要发明有利于NOXNOX复原复原的条件的条件富燃料熄灭富燃料熄灭- -发明富燃料区，降低部分氧浓度，抑发明富燃料区，降低部分氧浓度，抑制挥发分氮进一步生成制挥发分氮进一步生成NOXNOX，在密相区中上部挥发，在密相区中上部挥

16、发份析出熄灭的份析出熄灭的202050ms50ms时间内是控制时间内是控制NOxNOx生成的最生成的最正确时机正确时机控制好炉膛温度控制好炉膛温度- -尽能够减少热力型尽能够减少热力型NOXNOX的生成的生成 按所需费用按所需费用, ,各种降低各种降低NOXNOX技术的次序技术的次序 1. 1.熄灭调整熄灭调整 2. 2.锅炉部分改造锅炉部分改造 3.SNCR 3.SNCR 5.SCR (90% 5.SCR (90%的的CFBCFB不需求采用此技术不需求采用此技术) ) 这一次序也是脱硝效率添加的次序这一次序也是脱硝效率添加的次序各种降低各种降低NOXNOX排放值的方法排放值的方法三三. .熄

17、灭调整熄灭调整根本原理根本原理- -更好的实现空气更好的实现空气分级及低温熄灭分级及低温熄灭将热循环回路分为将热循环回路分为3 3个区域个区域分级熄灭分级熄灭经过合理的熄灭组织，进一经过合理的熄灭组织，进一步降低步降低NOXNOX排放值排放值以比较经济的方式实现以比较经济的方式实现NOXNOX超低排放超低排放值得留意的是，有些技术措值得留意的是，有些技术措施能够有悖于传统的强化熄施能够有悖于传统的强化熄灭的概念，须综合思索灭的概念，须综合思索详细实施方法详细实施方法步骤步骤 1 1查明运转存在问题查明运转存在问题- -经过研讨锅炉设计资料、分析以往经过研讨锅炉设计资料、分析以往运转参数记录数据

18、、事故记录和现场实地调查，查明运转问题运转参数记录数据、事故记录和现场实地调查，查明运转问题之所在，初步判别产生问题的缘由，并提出为处理问题而即将之所在，初步判别产生问题的缘由，并提出为处理问题而即将开展的运转优化与熄灭调整实验方案或方案开展的运转优化与熄灭调整实验方案或方案 2 2冷态实验冷态实验- -标定、校验、核对锅炉现场的重要表计：烟标定、校验、核对锅炉现场的重要表计：烟风系统的风流量、温度、压力和氧量表等；汽水系统的汽水流风系统的风流量、温度、压力和氧量表等；汽水系统的汽水流量、温度、压力和汽包水位计等量、温度、压力和汽包水位计等 3 3热态优化调整实验热态优化调整实验- -对运转参

19、数进展合理的调整和改良对运转参数进展合理的调整和改良，根据阅历不引荐采用正交实验，给煤粒度调整，风，根据阅历不引荐采用正交实验，给煤粒度调整，风量调整，回料器调整，床温及床压调整，量调整，回料器调整，床温及床压调整，Ca/SCa/S调整等调整等冷态实验冷态实验 循环流化床锅炉冷态实验内容主要包括：循环流化床锅炉冷态实验内容主要包括： 一、二次风道和分支风道的风量丈量元件标定一、二次风道和分支风道的风量丈量元件标定 空床阻力特性实验；空床阻力特性实验； 布风均匀性实验；布风均匀性实验； 料层阻力特性实验；料层阻力特性实验； 临界流化风量测定；临界流化风量测定； 循环回路冷态特性实验；循环回路冷态

20、特性实验； 风机出力检查实验；风机出力检查实验； 油枪出力标定及雾化特性实验。油枪出力标定及雾化特性实验。 重点标定锅炉一次风、二次风、返料风丈量安装重点标定锅炉一次风、二次风、返料风丈量安装风量标定方法风量标定方法用毕托管测得现场实践风流量规用毕托管测得现场实践风流量规范风量与一次丈量元件输出动压范风量与一次丈量元件输出动压值之间的关系值之间的关系标定系数标定系数K K风速风速风量风量纠正锅炉在线风量表的错误纠正锅炉在线风量表的错误查清锅炉在线风量表与实践风量的查清锅炉在线风量表与实践风量的偏向偏向JPPPKjjPCPkFUFQ22jPPkPU220101325273273sactppt标定

21、系数标定系数K K热态优化调整实验热态优化调整实验给煤调整实验给煤调整实验 - -给煤量调给煤量调整整 - -给煤粒度给煤粒度的调整的调整流化床锅炉引荐的入炉煤最大流化床锅炉引荐的入炉煤最大粒径粒径dmaxdmax和燃料和燃料KfKf值的关系曲值的关系曲线线配煤实验配煤实验 有条件的电厂，掺烧有条件的电厂，掺烧NarNar及及SarSar低的煤种低的煤种配风实验配风实验调整床温调整床温- -变一、二次风比率变一、二次风比率改善熄灭改善熄灭- -加强二次风的混合及扰动作用，提高加强二次风的混合及扰动作用，提高燃燃 烧效率烧效率减轻磨损减轻磨损- -降低过渡区床料对直段水冷壁管的冲降低过渡区床料对

22、直段水冷壁管的冲刷刷总风量优化实验总风量优化实验即改动炉膛出口空气系数即改动炉膛出口空气系数alal降低飞灰可燃物含量降低飞灰可燃物含量q4)q4)兼顾降低兼顾降低q2q2，使，使q2q2q4q4为最小为最小优化总风量，控制炉膛烟气速度，减轻炉内磨损优化总风量，控制炉膛烟气速度，减轻炉内磨损低过量空气系数运转可减少低过量空气系数运转可减少NOXNOX的生成量的生成量无烟煤烟煤回料器实验回料器实验功能功能- -按需求量回送循环灰至炉膛；相对隔绝炉膛下部与分别器之按需求量回送循环灰至炉膛；相对隔绝炉膛下部与分别器之间的压力差间的压力差LOOP SEAL LOOP SEAL 原理原理-U-U型回料阀

23、构成自平衡返料型回料阀构成自平衡返料无烟煤当风量过大时会出现超温及堵灰景象无烟煤当风量过大时会出现超温及堵灰景象松动风过大会影响循环量松动风过大会影响循环量变床温实验变床温实验 平安运转平安运转 提高熄灭效率提高熄灭效率 满足脱硫及满足脱硫及NOXNOX达标排放的要求达标排放的要求 变床压炉膛物料浓度实验变床压炉膛物料浓度实验床压指流态化的气固流体在床底床压指流态化的气固流体在床底布风板面积上的压力布风板面积上的压力减轻炉内磨损减轻炉内磨损脱硫及脱硫及NOX排放实验排放实验 变变CaCaS S比实验，优化比实验，优化脱硫和脱硫和NOXNOX排放工况排放工况 改动运转参数对脱硫改动运转参数对脱硫

24、及及NOXNOX排放的影响排放的影响 SO2SO2和和NOXNOX达标排放达标排放以以ND 电厂电厂300MWCFB为例，调整后为例，调整后NOX排放排放从调整前的从调整前的380mg/m3降低至降低至250mg/m3，降幅，降幅34%四四. .低氮改造低氮改造 在Turow电厂235MW CFB锅炉获得的重要阅历是对分别器的改良，到达降低NOx排放值的目的。改良前和改良后分别器颗粒浓度数值模拟改良前和改良后分别器颗粒浓度数值模拟在在TurowTurow电厂电厂235MW CFB235MW CFB锅炉获得的重要阅历是对分别器的改良，由于分别锅炉获得的重要阅历是对分别器的改良，由于分别效率未到达

25、理想值，波兰科学研讨院流体机械研讨所用效率未到达理想值，波兰科学研讨院流体机械研讨所用FluentFluent软件对分别软件对分别器进展了数值模拟，发现分别器内流场有偏斜景象，器进展了数值模拟，发现分别器内流场有偏斜景象，根据模拟结果在分别器进口加速段加装翼板，流场得到改善，分别效率提根据模拟结果在分别器进口加速段加装翼板，流场得到改善，分别效率提高，使飞灰粒度变细，高，使飞灰粒度变细，NOXNOX排放值大幅下降排放值大幅下降其它改造方案其它改造方案布风板的改造布风板的改造- -漏渣问题漏渣问题二次风口的改造二次风口的改造烟气再循环烟气再循环燃料分级燃料分级飞灰再循环飞灰再循环炉内受热面炉内受

26、热面内江高坝电厂内江高坝电厂100MW CFB锅炉锅炉经过喷氨经过喷氨/尿素来减少尿素来减少NOX通常由分别器入口处喷入通常由分别器入口处喷入O 2 + 2 N O 2 + 4 N H 3 6H2O+3N2O2+4NO+4NH36H2O+4N2 脱硝率可达脱硝率可达50%70%(max)五.SNCR技术 SNCRSNCR温度窗口比较窄，温度窗口比较窄，85085011001100 CFBCFB锅炉变负荷过程的炉膛出口温度会降低锅炉变负荷过程的炉膛出口温度会降低, ,不利于不利于SNCRSNCR 添加运转费用添加运转费用0.30.3分分/(kwh) /(kwh) 可作为协同脱硝技术可作为协同脱硝

27、技术超低排放与深度脱除实例超低排放与深度脱除实例实例实例1-美国美国JEA 300MW CFB Sar=5%7%的石油焦的石油焦 Nar=1.47%美国美国JEA 300MW CFB CFB+SAD+SNCR脱硫效率脱硫效率98.8%(97.5%+1.3%) SAD-Spray Dryer Absorber 喷雾枯燥吸收塔喷雾枯燥吸收塔 SO2=249 mg/m3 NOx=91mg/m3JEA脱硫性能及脱硫性能及NOX排放值排放值项目符号单位保证值50%石油焦+50%匹茨堡8号煤100%匹茨堡8号煤燃料含硫量Sar%5.344.84燃料含氮量Nar%1.471.37脱硫效率sb%8597.596.8尾部反应器脱硫效率sda%12.11.31.8总脱硫效率s%97.198.898.6SO2排放值CSO2mg/mn3185114125NOx排放值CNOXmg/mn31118691CO排放值CCOmg/mn30.518.4