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1、CFB锅炉低NOx排放与解决方案,孙献斌 华能清洁能源技术研究院 2012年7月17日,主要内容,一.CFB锅炉的NOx排放水平 二.超低排放与深度脱除 三.燃烧调整 四.低氮改造 五.SNCR技术,3,一.CFB锅炉的环保特性,11台CFB锅炉性能试验数据 Sar=0.41%5.34% SZS1.77g/MJ，smax=97.5% ，Ca/S=1.72.6，SO2 249mg/Nm3 ，NZS0.81g/MJ ，NOx 200mg/Nm3,JN电厂135MW CFB锅炉NOx排放值,JN电厂NOx的排放浓度低于250 mg/Nm3，平均值仅为119 mg/Nm3（2007年）,CFB锅炉的燃
2、烧特点决定了NOX排放较低,热循环回路的低温燃烧 炉膛下部的分级燃烧 大部分NOX排放值100250 mg/Nm3 个别CFB达到380 mg/Nm3 生物质CFB330 mg/Nm3 石煤燃料550 mg/Nm3,BLH 300MWCFB锅炉NOX排放值,典型300MWCFB 锅炉烟气SO2排放环保监测数据,折算成分SZS、 NZS,g/MJ,以煤的含硫量为例，折算硫分Szs与原始SO2排放值呈较好的线性关系，而收到基含硫量Sar与原始SO2是多值性关系。对于不同煤种同样的收到基含硫量Sar，由于发热量差别很大，其原始排放值可能差别很大，例如，当收到基含硫量Sar约为1.5%时，原始SO2排
3、放值可在32005200mg/m3之间变化。因此，以折算硫分作为判别煤中含硫量的大小更为科学,排放值的预测,mg/Nm3,煤每1MJ发热量所产生的干烟气容积在=1.4时为0.3678Nm3/MJ,这个估算值的误差在5%以内; 煤的自脱硫能力主要和煤灰的自身Ca/S有关 式中XCaO煤灰中CaO含量，%；Aar煤的收到基灰分，%；Sar煤的收到基硫分，%；通常不同煤种的自身的钙硫摩尔msin小于1 示例某褐煤的工业分析结果为：收到基灰分Aar=26%，硫分Sar=1.5%，水分Mar=30%，低位发热量Q net,ar,p=10.28MJ/kg，灰成分中SiO2=42.4%，Al2O3=15.9
4、%，MgO=3.9%, CaO=9.5%，计算煤的自身钙硫摩尔比msin=0.94,CFB锅炉中NOx的排放值的预测,燃料中氮理论上完全转化为 时的排放值按下式计算 式中 燃料中的氮理论上全部转化为NOx时的排放值，mg/Nm3(O2=6%） Nar燃料中收到基氮含量，%； V0gy1kg燃料完全燃烧生成的理论干烟气量， Nm3/kg 实际CFB 的NOx排放值和氮转化率及炉膛温度有关 CR燃料中氮转化率，%；KT温度修正系数,1MW CFB试验装置,炉膛高度23m, （ABB-CE：3MWth，18m)； 燃烧脱硫反应过程和实炉相当一致； 已完成40个工程项目76种煤、40种石灰石的燃烧脱硫
5、试验； 有燃烧各种类型燃料的丰富经验； 试验数据对大型CFB锅炉设计具有重要指导作用。,煤种试烧数据库,煤的自身钙硫摩尔比及自脱硫效率(T880),臭氧会造成人的神经中毒,头晕头痛、视力下降、记忆力衰退;臭氧会对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用,致使人的皮肤起皱、出现黑斑;臭氧还会破坏人体的免疫机能,诱发淋巴细胞瘤,NOx的危害,NOx= NO+NO2(+N2O); NO/NO290/10 NO是一种无色、无刺激的不活泼气体； NO2是棕红色、有刺激性臭味的气体，二者均为有毒气体，其中NO2比NO的毒性高45倍。 NO会降低人的血液输氧能力，引起组织缺氧和中枢神经麻痹 NO2刺激呼吸系统后会引
6、起急性或慢性中毒，主要表现为对肺的损害 NO2与碳氢化物反应形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染；还能抑制植物的光合作用，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CO2的296倍,热力型-占10%-20%，在1500以上形 成,在燃烧过程必须控制适当的温度和 氧量,燃料型-是指燃料中的氮受热分解和 氧化生成NOx。进一步说，主要指挥发 份中的氮化合物生成NOx，在煤燃烧 过程中占总的NOx排放量的80%90%,快速型-是指空气中的氮和碳氢燃料先 在高温下反应生成中间产物N、NCH、 CN等，然后快速与氧反应，生成NOx。 这部分NOx占NOx总量的约5%。,煤
7、在燃烧中各种类型NOx的生成量和炉膛温度的关系,NOX生成机理,CFB燃烧N2O排放量偏大的主要原因与其生成机理有关，煤在燃烧初期先析出挥发物，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燃烧温度多在此范围内。而当温度超过900，N2O会被还原成N2,新的烟气排放标准对CFB锅炉的要求,新的烟气排放标准(超低排放) SO2 100mg/m3 NOx 100mg/m3 (现有CFB 200mg/m3 ） 粉尘30mg/m3 全球最严格的环保标准 新排放标准要求电力工业越来越多地对其排放负责,目前CFB锅炉的排放水平很难达到此标准，如此则CFB锅炉出路何在？ 需要研
8、究深度脱除技术,20,环保排放标准新旧比对,火力发电锅炉SO2最高允许排放浓度 （单位：mg/m3）,火电厂大气污染排放标准（GB13223-2003）,火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度 (单位：mg/m3),抑制燃料型NOX的基本策略,不仅要抑制NOX的生成，还要创造有利于NOX还原的条件 富燃料燃烧-创造富燃料区，降低局部氧浓度，抑制挥发分氮进一步生成NOX，在密相区中上部挥发份析出燃烧的2050ms时间内是控制NOx生成的最佳时机 控制好炉膛温度-尽可能减少热力型NOX的生成,按所需费用,各种降低NOX技术的次序 1.燃烧调整 2.锅炉局部改造 3.SNCR 5.SCR
9、(90%的CFB不需要采用此技术) 这一次序也是脱硝效率增加的次序,各种降低NOX排放值的方法,三.燃烧调整,基本原理-更好的实现空气分级及低温燃烧 将热循环回路分为3个区域 分级燃烧 通过合理的燃烧组织，进一步降低NOX排放值 以比较经济的方式实现NOX超低排放 值得注意的是，有些技术措施可能有悖于传统的强化燃烧的概念，须综合考虑,具体实施方法,步骤 （1）查明运行存在问题-通过研究锅炉设计资料、分析以往运行参数记录数据、事故记录和现场实地调查，查明运行问题之所在，初步判断产生问题的原因，并提出为解决问题而即将开展的运行优化与燃烧调整试验方案或计划 （2）冷态试验-标定、校验、核对锅炉现场的
10、重要表计：烟风系统的风流量、温度、压力和氧量表等；汽水系统的汽水流量、温度、压力和汽包水位计等 （3）热态优化调整试验-对运行参数进行合理的调整和改进，根据经验（不推荐采用正交试验），给煤（粒度）调整，风量调整，回料器调整，床温及床压调整，Ca/S调整等,冷态试验,循环流化床锅炉冷态试验内容主要包括： 一、二次风道和分支风道的风量测量元件标定 空床阻力特性试验； 布风均匀性试验； 料层阻力特性试验； 临界流化风量测定； 循环回路冷态特性试验； 风机出力检查试验； 油枪出力标定及雾化特性试验。 重点标定锅炉一次风、二次风、返料风测量装置,风量标定方法,用毕托管测得现场实际风流量（标准风量）与一次
11、测量元件输出动压值之间的关系 标定系数K 风速 风量 纠正锅炉在线风量表的错误 查清锅炉在线风量表与实际风量的偏差,标定系数K,热态优化调整试验,给煤调整试验 -给煤量调整 -给煤粒度的调整,流化床锅炉推荐的入炉煤最大粒径dmax和燃料Kf值的关系曲线,配煤试验,有条件的电厂，掺烧Nar及Sar低的煤种,配风试验,调整床温-变一、二次风比率 改善燃烧-加强二次风的混合及扰动作用，提高燃 烧效率 减轻磨损-降低过渡区床料对直段水冷壁管的冲刷,总风量优化试验,即改变炉膛出口空气系数al” 降低飞灰可燃物含量（q4) 兼顾降低q2，使q2q4为最小 优化总风量，控制炉膛烟气速度，减轻炉内磨损 低过量
12、空气系数运行可减少NOX的生成量,回料器试验,功能-按需要量回送循环灰至炉膛；相对隔绝炉膛下部与分离器之间的压力差（LOOP SEAL ） 原理-U型回料阀形成自平衡返料 无烟煤当风量过大时会出现超温及堵灰现象 松动风过大会影响循环量,变床温试验,安全运行 提高燃烧效率 满足脱硫及NOX达标排放的要求,变床压（炉膛物料浓度）试验,床压指流态化的气固流体在床底（布风板）面积上的压力 减轻炉内磨损,脱硫及NOX排放试验,变CaS比试验，优化脱硫和NOX排放工况 改变运行参数对脱硫及NOX排放的影响 SO2和NOX达标排放,以ND 电厂300MWCFB为例，调整后NOX排放从调整前的380mg/m3
13、降低至250mg/m3，降幅34%,四.低氮改造,在Turow电厂235MW CFB锅炉取得的重要经验是对分离器的改进，达到降低NOx排放值的目的。,改进前和改进后分离器颗粒浓度数值模拟,在Turow电厂235MW CFB锅炉取得的重要经验是对分离器的改进，由于分离效率未达到理想值，波兰科学研究院流体机械研究所用Fluent软件对分离器进行了数值模拟，发现分离器内流场有偏斜现象， 根据模拟结果在分离器进口加速段加装翼板，流场得到改善，分离效率提高，使飞灰粒度变细，NOX排放值大幅下降,其它改造方案,布风板的改造-（漏渣问题） 二次风口的改造 烟气再循环 燃料分级 飞灰再循环 炉内受热面,内江高
14、坝电厂100MW CFB锅炉,通过喷氨/尿素来减少NOX 通常由分离器入口处喷入 O2+2NO2+4 NH36H2O+3N2 O2+4NO+4NH36H2O+4N2 脱硝率可达50%70%(max),五.SNCR技术,SNCR温度窗口比较窄，8501100 CFB锅炉变负荷过程的炉膛出口温度会降低,不利于SNCR 增加运行费用0.3分/(kwh) 可作为协同脱硝技术,超低排放与深度脱除实例,实例1-美国JEA 300MW CFB Sar=5%7%的石油焦 Nar=1.47% 美国JEA 300MW CFB CFB+SAD+SNCR 脱硫效率98.8%(97.5%+1.3%) SAD-Spray
15、 Dryer Absorber 喷雾干燥吸收塔 SO2=249 mg/m3 NOx=91mg/m3,46,JEA脱硫性能及NOX排放值,47,实例2-台湾台塑石化150MW CFB,CFB+SNCR, 实现超低NOX排放 (小于60 mg/m3) 在分离器入口喷氨 旋风分离器作为脱除反应器, 气相混合物强烈 停留时间长 台湾台塑石化股份有限公司2X150MW CFB,因处于麦寮工业园区,石油焦， Sar=6.5% Nar=1.1%, NOx要求小于123mg/m3，实际45mg/m3,48,其它实例,美国AES 2250MW CFB,美国波多黎各Guayama电厂 2250MW CFB 美国S
16、ewerd 2290MW CFB 美国Spurlock电厂Gilbert3号机组 268MW CFB锅炉 实施效果 NOx小于60mg/m3 同时加装FDA(快速干燥剂吸收塔),尿素与NO的还原反应： 2NO + 2NH3 + 1/ 2O2 2N2 + 3H2O 2NO + CO(NH2) 2 + 1/ 2O2 2N2 + CO2 + 2H2O,尿素水溶液在最佳温度区域的滞留时间 在喷射位置尿素水溶液与烟气的混合程度 尿素滞留时间：0.53s 最佳氨氮比 烟气中部分SO2转化为SO3，引发酸腐蚀和积灰,NH3+SO3+H2O NH4SO4/(NH4)2SO4,SNCR 方法应用于 CFB燃烧脱硝的关键技术,THANK YOU! 敬请指正,E-mail: Tel: 029-82102325;13809184744 E-mail: ,