循環(huán)流化床鍋爐煙氣再循環(huán)結(jié)合富氧低氮燃燒與SNCR聯(lián)合脫硝節(jié)能技術(shù)
根據(jù)循環(huán)流化床(CFB)鍋爐NOx生成的機(jī)理及主要分布區(qū)域。采用煙氣再循環(huán)結(jié)合富氧低氮燃燒和SNCR脫硝技術(shù)相結(jié)合的工藝來**出口NOx含量。
自20世紀(jì)80年代以來，針對CFB鍋爐內(nèi)NOx的生成機(jī)理，許多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究并取得了不少有益的結(jié)論。
在燃煤鍋爐產(chǎn)生的NOx中，NO具有更高的熱力學(xué)穩(wěn)定性，占整個NOx生成量的比例超過90%。宏觀而言，燃煤過程中NOx的生成途徑主要有熱力型、燃料型和快速型3種。由于CFB鍋爐燃燒溫度較低(通常小于1000℃) ，不具備熱力型NOx生成的高溫條件(約1300℃) ，因此幾乎沒有熱力型NOx生成，這也是CFB鍋爐原始NOx排放水平偏低的主要原因。而快速型NOx一般只在CHi基團(tuán)濃度較高且較為貧氧的環(huán)境中生成。因此，CFB鍋爐中生成的NOx主要為煤中所含的氮元素經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)過程轉(zhuǎn)化而來的燃料型NOx。
NOx生成過程主要集中在CFB鍋爐密相區(qū)，尤其是在給煤口附近。NOx隨煙氣沿CFB鍋爐爐膛高度方向向**動，直*爐膛出口，質(zhì)量濃度沿高度呈下降趨勢。一方面，二次風(fēng)的加入稀釋了NOx質(zhì)量濃度;同時，爐內(nèi)高體積分?jǐn)?shù)的CO和未燃盡焦炭都對NOx起到顯著的還原作用。
a.煙氣中含氧量與燃料型NOx關(guān)系
在一定范圍內(nèi)，通過提高過量空氣系數(shù)改善燃燒效率，因?yàn)槿紵齾^(qū)域氧濃度的提高增加了燃燒效率及燃盡度，但過量空氣系數(shù)超過1.15(2.5%)后繼續(xù)增加對燃燒效率影響不大。同時，對于燃料型NOx，燃料氮的轉(zhuǎn)變率隨著過量空氣系數(shù)的升高而升高，從而造成了燃料型NOx較高。
b.一次風(fēng)風(fēng)率過高與燃料型NOx關(guān)系
一、二次風(fēng)的配比因不同形式的CFB鍋爐的設(shè)計(jì)工況而不同，一般一次風(fēng)率為50-60%之間，一次風(fēng)經(jīng)空預(yù)器預(yù)熱后進(jìn)入風(fēng)室，經(jīng)布風(fēng)板、風(fēng)帽進(jìn)入鍋爐密相區(qū)，保證燃燒需要。為減少NOx生成，在運(yùn)行中密相區(qū)的實(shí)際過量空氣系數(shù)為1%左右**，使密相區(qū)主要處于還原性氣氛。二次風(fēng)的作用是調(diào)節(jié)床壓，保證燃燒**所需的氧氣。一次風(fēng)風(fēng)率較高，使密相區(qū)的過量空氣系數(shù)過高，床溫偏高，從而使NOx大量生成。
國內(nèi)CFB鍋爐還有很多采用燃低反應(yīng)活性燃料，單位時間燃燒速率低，因此需要更多的反應(yīng)表面，造成物料中碳存量較高，所以爐膛內(nèi)還原性較強(qiáng)，爐膛出口CO體積分?jǐn)?shù)可達(dá)10000。已有研究表明，CO和NOx在焦炭表面發(fā)生的氣固異相反應(yīng)是NOx還原的*重要反應(yīng)，該結(jié)論已在小型熱態(tài)CFB試驗(yàn)臺上得以驗(yàn)證。
因此,溫度和氧化還原氣氛是影響CFB鍋爐中NOx生成及還原的主要因素。選擇性催化還原脫硝技術(shù)遵循“一次風(fēng)主調(diào)料層溫度確保床溫，二次風(fēng)補(bǔ)充氧量緊跟負(fù)荷”這一基本要領(lǐng)。在可以**一次風(fēng)率的情況下，提高二次風(fēng)率增強(qiáng)分級**，無論對燃盡率提高、爐內(nèi)減緩磨損、提高煤質(zhì)適應(yīng)性、保證爐效都有很大益處，可以提高煙氣再循環(huán)量，達(dá)到超低排放的目的。
通過調(diào)整CFB鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，改變以上各因素，就可以實(shí)現(xiàn)對鍋爐NOx排放的控制。當(dāng)CFB鍋爐溫度控制在900℃，且當(dāng)煤種含氮量不高時(如低于0.7%)，可自然實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。
1 、實(shí)施低氮調(diào)整燃燒配風(fēng)與SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)工藝概況
根據(jù)目前的煤質(zhì)，爐NOx排放濃度為300-350 mg/Nm3，煙氣匯合后煙囪中NOx排放濃度為350mg/Nm3左右，根據(jù)各臺鍋爐的燃燒工況和氮氧化物實(shí)際排放濃度等多項(xiàng)因素進(jìn)行綜合分析，對鍋爐進(jìn)行低氮燃燒優(yōu)化，實(shí)施配風(fēng)、調(diào)控等多方面的優(yōu)化改造，指導(dǎo)低氮燃燒調(diào)整，以達(dá)到**階段NOx控制目標(biāo)，實(shí)施低氮調(diào)整燃燒配風(fēng)調(diào)整后使鍋爐出口NOx濃度**到300mg/Nm3--150mg/Nm3以下;同時建設(shè)一套SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)，采用10%濃度氨水為還原劑進(jìn)行第二階段脫硝，經(jīng)過兩個階段的脫硝調(diào)控，*終將NOx濃度**到100mg/Nm3以下，滿足電廠長期達(dá)標(biāo)排放需要。
2、煙氣再循環(huán)描述
2.1 煙氣再循環(huán)的機(jī)理
煙氣再循環(huán)是采用較多的控制NOx的有效方法之一，其原理是是在鍋爐排煙前抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t內(nèi)，或與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，這樣不但可**燃燒溫度，而且也**了氧氣濃度，進(jìn)而**了NOx的排放濃度。再循環(huán)煙氣量與不采用煙氣再循環(huán)時的煙氣量之比，稱為煙氣再循環(huán)率。
煙氣再循環(huán)法**NOx排放的**與燃料品種和煙氣再循環(huán)量有關(guān)。經(jīng)驗(yàn)表明，NOx的**率隨著煙氣再循環(huán)率的增加而增加，而且與燃料種類和燃燒溫度有關(guān)，燃燒溫度越高，煙氣再循環(huán)率對NOx**率的影響越大。
煙氣再循環(huán)率一般控制在10-20%。當(dāng)采用更高的煙氣再循環(huán)率時，燃燒會不穩(wěn)定，未**燃燒熱損失會增加。
2.2 目前煙氣再循環(huán)存在問題
煙氣再循環(huán)是把煙氣回流到一次風(fēng)，理論上煙氣中含有二氧化碳含量在15%左右，這部分二氧化碳回流后與煤中的碳反應(yīng)生成一氧化碳，一氧化碳來還原氮氧化物，也叫還原脫氮。根據(jù)一氧化碳脫氮原理實(shí)際運(yùn)行在950℃以上**會更好。
根據(jù)煙氣再循環(huán)脫氮實(shí)際運(yùn)行工況，出現(xiàn)的問題是沸下溫度低，燃燒不**，需要將二次風(fēng)風(fēng)量提高，來滿足燃燒，雖然運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)整但是仍未達(dá)到燃燒理想工況。出現(xiàn)飛灰含碳量高
a.二次風(fēng)風(fēng)量提高分離器分離效率較低
二次風(fēng)風(fēng)量提高CFB鍋爐旋風(fēng)分離器的分離效率低下，返料量下降，返料對于床料的冷卻能力**，從而導(dǎo)致原有的熱平衡打破，造成流化床的床溫較高，為**床溫，需要**風(fēng)量，從而進(jìn)一步導(dǎo)致過量空氣系數(shù)增大，能耗上升。
d.煙氣再循環(huán)脫氮爐膛**區(qū)缺氧
CFB鍋爐存在著爐膛**區(qū)缺氧的問題，究其原因除了高密度物料顆粒群對二次風(fēng)射流的阻擋作用外，也存在貼壁流垂直下瀉覆蓋水冷壁、每個層面顆粒水平移動不夠均勻、各轉(zhuǎn)彎變化區(qū)域渦流干擾和垂直上移速度的不均勻影響。這種**區(qū)缺氧會**燃料燃盡**和脫硫劑化學(xué)反應(yīng)的效率，直接導(dǎo)致De-NOx爐內(nèi)過程的優(yōu)化受到限制，不能有效實(shí)現(xiàn)低溫燃燒時的**低氮。
e.煙氣再循環(huán)脫氮床溫不均勻性
事實(shí)上，整個床面上各個床溫測點(diǎn)偏差較大是普遍存在的CFB鍋爐共有問題，一般的CFB鍋爐床溫偏差都在70℃以上，**的可以達(dá)到150℃以上，這也造成了物料燃盡和石灰石脫硫，以及低氮燃燒的困難。
床溫的不均勻性，肯定會造成局部溫度峰值，局部超高床溫是產(chǎn)生NOx急劇增加的元兇，其生成能力是合理床溫下的數(shù)倍甚*數(shù)量級增加。
富氧燃燒與煙氣再循環(huán)的結(jié)合
1）由于NOx的**率隨著煙氣再循環(huán)率的增加而增加，富氧燃燒可提高燃燒效率及燃盡度。富氧燃燒后可增加煙氣再循環(huán)量，進(jìn)一步增加氮氧化物的還原反應(yīng)。
2）大部分循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)床料(床壓)分布極其不均勻，為保證燃燒**就必然增大流化風(fēng)量，富氧加入的設(shè)計(jì)初衷是為了打破密相區(qū)上不快速喘流床的狀態(tài)，打破現(xiàn)有流場不均勻狀態(tài)，使一次風(fēng)中的煙氣量**，起到**流化的作用，增加二次風(fēng)氧濃度，風(fēng)量不增加的情況下，也可以提高燃料的燃盡度。
3）由于循環(huán)流化床煙氣再循環(huán)中需要二次風(fēng)補(bǔ)充氧量去促進(jìn)燃燒，就需要增加二次風(fēng)的風(fēng)量，但燃燒會導(dǎo)致飛灰含碳量的提高。二次風(fēng)中應(yīng)用富氧可無需增加二次風(fēng)風(fēng)量，使氮?dú)饬繙p少，氧濃度提高，這樣飛灰含碳量會**。
煙氣再循環(huán)與富氧燃燒和SNCR的結(jié)合是解決氨法脫銷有關(guān)問題方法
選擇性催化還原脫硝在爐膛內(nèi)850~1150℃這一狹窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，在無催化劑作用下，NH3或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NO，基本上不與煙氣中的O2作用，據(jù)此發(fā)展了SNCR法。
在850~1150℃范圍內(nèi)，NH3還原NO的主要反應(yīng)為：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2
當(dāng)溫度更高時，(1150℃)NH3則會被氧化成NO，即：
4NH3+502→4NO+6H2O
實(shí)驗(yàn)證明，低于850℃時，NH3的反應(yīng)不**，會造成所謂的“氨逸出”，而溫度過高（1150℃），NH3氧化NO的量增加，導(dǎo)致NOX排放濃度增大，所以SNCR方法的溫度控制是*關(guān)重要的。
關(guān)于在脫硝劑脫硝過程中，“氨逃逸”問題不僅造成“二次污染”，而且，**影響鍋爐尾部煙道省煤器、空預(yù)器等受熱面，造成受熱面的腐蝕和泄漏，嚴(yán)重影響設(shè)備正常運(yùn)行。其二，大量“氨逃逸”會造成除塵器濕度超標(biāo)，造成布袋除塵器布袋粘灰，阻力增加，如濕度超過布袋除塵器保護(hù)值，保護(hù)動作，煙氣通過除塵器旁路進(jìn)入脫硫，造成煙塵超標(biāo)。三、“氨逃逸”過大，在脫硫塔內(nèi)過量氨氣與二氧化硫反應(yīng)，生成亞硫酸氫銨，脫硫長時間運(yùn)行，形成的亞硫酸氫銨影
