低氮燃烧器工作原理低氮燃烧器与脱硝改造整体经济性分析

发布时间：2024-03-14 16:35:24| 来源：乐鱼平台登录

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  低氮燃烧器工作原理低氮燃烧器与脱硝改造整体经济性分析摘要：张家口发电厂对号锅炉采用低氮燃烧器与SCR联合脱硝方式改造后，燃烧器降低了NOx的总生成量的60～70%，SCR二次脱硝使锅炉氮氧化物排放量达到100mg/Nm3以下。联合脱硝方式大幅度的降低了SCR的安装及运行的成本，对其它同类机组脱硝工程具有一定的参考价值。关键词：锅炉联合脱硝低氮燃烧器SCR经济性EconomicAnalysisofUnitedDenitrationwithLow-NOxBurnersandSCRonZhangjiakouPowerPlantJIABingluLIUJichengYUANYanweiDatangInternationalPowerGenerationCo.，Ltd.ZhangjiakouPowerPlantZhangjiakou，075133，ChinaAbstract：WiththeadoptingoflowNOxburnersandSCRcombineddenitrationmethodonthethreeboilerofZhangjiakouPowerPlant，theburnerreducesthequantityoftheNOxwith60～70%，theSCRtwicedenitrationmaketheNOxemissionsbelowto100mg/Nm3.TheapproachingofcombineddenitrificationgreatlyreducestheSCRinstallationandoperatingcosts，hasacertainreferencevaluetoothersimilarunitsdenitrationproject.Keywords：Boiler；Uniteddenitration；Low-NOxburner；SCR；Economy中图分类号：TK227文献标识码：A文章编号：1003-9082（2015）05-0318-03引言在一定条件下NOx和碳氢化合物一起形成光化学烟雾破坏大气层，严重危害人类健康；另一方面NOx又是形成酸雨的重要的因素之一，同时参与破坏臭氧层。因此降低NOx放量是当前亟待解决的重要问题之一。国家环保部新修订的《火电厂大气污染物排放标准》对氮氧化物排放限值进行了从严规定，新标准要求2014月之前煤粉锅炉氮氧化物排放量小于100mg/Nm3，发电公司制作成本面临更严峻的考验。机组尾部烟气脱硝方式SCR在降低烟气NOx含量的同时，高昂的脱硝运行的成本又使发电企业不堪重负。于是，如何减少锅炉炉膛内NOx生成量，以此来降低SCR脱硝运行成本成为研究的新课题。低氮燃烧器能大幅度的降低炉内NOx的生成，燃烧器改造慢慢的变成为火力发电企业降低烟气NOx含量的重点改造之一。在今后火力发电机组的脱硝改造中，“先降后脱”的联合脱硝方式必然是大势所趋。一、改造前锅炉参数张家口发电厂号锅炉为东方锅炉厂设计制造的亚临界、中间再热、燃煤自然循环汽包炉，锅炉型号为DG1025/18.2-II4。制粉系统为正压直吹式制粉系统，每台炉配备台HP803型磨煤机。燃烧器为东锅生产设计的四角切圆直流式，在炉膛中心形成700层二次风喷口和2层一次风喷口组成。一次风和二次风间隔布置，每一组的中间层二次风喷口内装有一只油枪。第1层燃烧器改造为HRPFQK-159-型组合式油燃烧装置（小油枪）。改造前锅炉省煤器出口处NOx含量为900mg/Nm3左右，三个负荷工况（300MW、240MW、150MW）实测锅炉热效率分别为：91.93%、92.55%、92.04%；按设计进风温度对排烟温度进行修正后，计算得到修正后的锅炉热效率分别为：92.30%、92.96%、92.16%，总的来讲三个负荷工况锅炉热效率相差不大。修正后的排烟温度在三个负荷工况下实测数据为141.3、133.6和119.6。根据张家口发电厂脱硝改造的可研数据分析，每年尿素、除盐水、脱硝系统用电投入的费用分别为1081.08万元、3.6万元、495万元，合计每年运行成本为1579.68万元。二、改造方案介绍1.燃尽风燃烧器在改造后主燃烧器上层一次风喷口上方约6米处布置4层分离SOFA燃烧器，分配足量的燃尽风量（总风量的20%～30%），SOFA喷口可同时做上下左右摆动。燃尽风量的作用是将烟气中的可燃物（飞灰可燃物、CO等）完全燃尽。2.一次风浓淡分离一次风室主要由一次风喷嘴体、一次风喷嘴等组成，一次风喷嘴体安装在前后安装板上，一次风喷嘴安装在一次风喷嘴体上。除小油枪外，一次风喷口设计为上下浓淡分离形式，中间加装了较大的稳燃钝体，浓淡燃烧除可降低NOx外，还可对煤粉稳燃、提前着火有非消极作用，同时钝体能优先增加卷吸的高温烟气量，进一步强化稳燃。在主燃烧器区域形成多个节点功能区（如图所示），作为节点功能区的将相邻两层一次风喷口下层一次风设计为上浓下淡燃烧器喷口，上层一次风布置为下浓上淡一次风喷口，两层一次风喷口中间的二次风小角度与一次风射流偏置，同时布置贴壁风喷口。这样的喷口组合，同时具有稳燃、降低NOx的双重作用，将中间二次风和贴壁风风门开大，可实现NOx和飞灰可燃物同时降低。3.贴壁风在节点二次风喷口增加双尺度燃烧技术特有的附壁射流的贴壁风喷口，向水冷壁表面补充氧气，能有效提升近壁区域的氧化性气氛，提高灰熔点，大大缓解炉膛的结渣。同时，作为水平断面分级燃烧中后期掺混的一部分，贴壁风可作为控制炉内NOx的生成的有效手4.降氮原理众所周知，NOx生成主要有三种类型，燃料型、热力型及快速型三种，燃料型NOx约占总NOx80-90%，是各种低NOx技术控制的主要对象。其次是热力型，主要是由于炉内局部高温造成，降低燃料型NOx时，经过控制炉温水平加以控制，快速型NOx生成量很少。燃烧器设计时，把原来的中、上两层燃烧器下移，在主燃烧器上方约6米处增加了尽风燃烧器，这样燃烧器改造后沿高度方向从下至上形成三大区域，分别为氧化还原区、主还原区、燃尽区。由于实现纵向空气分级，相对地燃烧器区域有所扩大，燃烧器区域热负荷降低，炉内温度峰值降低，能够大大减少或消除热力型NOx产生。在锅炉运行过程中，主燃烧器区域输入的空气量占总风量的70%～80%，该区域处于缺氧燃烧状态，有效抑制了燃料型NOx的生成。三、脱销改造简介1.技术简介我厂月份开工建设，现在主体工程已完成。采用的脱销方式为选择性催化还原脱销（SCR），烟气在锅炉省煤器出口处被平均分为两路，每路烟气经过垂直上升的烟道后水平接入垂直布置的SCR反应器，经过均流器后进入催化剂层，每台锅炉配有二个SCR反应器，经过脱硝以后的烟气经水平烟道接入空预器入口烟道，然后经空预器、除尘器、引风机和脱硫装置后，排入烟囱。在进入烟气催化剂前设有氨注入的系统，烟气与氨气充分混合后进入催化剂反应，脱去NOx。（见图2）2.设计参数脱硝装置进口烟气流量：2650000Nm3/h脱硝装置进口烟气温度：346（实际测量值） 脱硝装置入口灰分浓度：63g/Nm3（干标烟气量6%O2） 脱硝效率：SCR脱硝效率不小于80%；（说明：原排放浓度 900mg/Nm3，燃烧器改造后 省煤器出口按照 450mg/Nm3，SCR 脱硝效率2 80%，SCR出口到90mg/Nm3，满足低于100mg/Nm3 的要求） 氨的逃逸率：小于2.5mg/m3（6%O2） SO2/SO3 转化率：小于1% 脱硝系统本体压降：不大于1000Pa 催化剂寿命：化学常规使用的寿命24000h；机械常规使用的寿命50000h 催化剂层数：共 层作为备用反应器中烟气流速：4～6m/s SCR 运行负荷范围：40%ECR～100%BMCR。 3.改造成本计算 张家口发电厂为降低NOx 排放量，响应国家“十二五”环保规划的号召，在2011 年～2015 年间将投资建设张家口发电厂 1-8 台机组的烟气脱硝系统。本项目是改造工程，投资最重要的包含建设成本、运行成本、维护检修费用及一个大修周期内的检修费用。 3.1 建设成本 单台炉脱硝系统建设成本单位：万元 3.2 运行成本 张家口发电厂脱硝系统采用尿素作为脱硝还原剂。根据华北电力设计院的脱硝设计，低氮 燃烧器改造后SCR入口 NOx 浓度为 450mg/Nm3，SCR 的脱硝效率为80%锅炉 BMCR 况下烟气量为1300000Nm3/h，每年运行时间为5500小时，消耗尿素与减少NOx 除盐水与尿素制备成溶液的比例约为1：1，则每年需要除盐水的量约为1802 脱硝系统的电气设备功率约为900kw，每年耗电量约为4950000kwh。 单位：万元 3.3 未来 年的日常维护修理费用主要是脱硝系统的人员维护费用和脱硝系统设备的易损件更换等费用。 单位：万元 3.4 未来 年的检修费用根据脱硝催化剂的性质，为保证脱硝效率，运行2 年半后，需起用反应器预留层，加装一 层催化剂，加装量约为 200m3。运行5 年后，按要求，对第一层催化剂来更换，更换 量为200m3。另需部分费用对更换下的催化剂进行重生或丢弃处理。 年运行随机组进行大修时，需对脱硝系统来进行检修，同时部分设备做更换，需检修设备主要有低氮燃烧器、燃尽风箱、SCR 的烟道及壳体治漏、蒸汽吹灰器等，需更换的设备 包括燃烧器一次风喷口、SCR烟道导流板、入口烟气挡板、蓄热元件、吸风机转子等，此 外因反应器预留层的投运，还需加装 台蒸汽吹灰器。单位：万元 根据以上成本核算，总计每台机组烟气脱硝系统改造在5 年内的投资总金额如下：单位： 万元 由此，可得出在 年内单台机组脱硝投资的总费用为18287万元，每千瓦投资为 609.6 元，即609.6 元/kwh。 四、改造前后的运行效果对比分析 为验证是不是已经达到本次燃烧器改造的目的，机组启动运行后，本厂对锅炉省煤器出口处 NOx 含量来测试，测试结果如下：（标态、O2 含量6%） 燃烧器改造后烟气NOx含量 根据表1，改造后SCR 入口NOx 浓度以230mg/Nm3 计算。 =230mg/Nm380%1300000Nm3/h5500h0.7=921.92 为每年需要尿素用量；A为SCR入口 NOx 浓度；β BMCR工况下的烟气量；t 为每年运行时间；γ 为消耗尿素与减少NOx 的比例。 经计算得出单台炉每年需要尿素的量约为921.92 吨，尿素价格按0.3 万元/吨计算。 S=921.92 吨0.3 万元/吨 =276.6 万元 低氮燃烧器改造前每年使用尿素投入的费用为1081.1 万元，改造后每年 仅仅尿素一项就减少投入金钱 804.5 万元。并且在低氮燃烧器改造前，脱销催化剂投入两 层无法达到国家环保部对NOx 排放量的要求，还需增加催化剂的投入数量，从而增加 SCR 的建设成本及催化剂的投入成本。 从大修后实验数据中能够准确的看出，3 号锅炉完成低氮燃烧器改造后，NOx 的排放量由原来的 900mg/Nm3 左右降低了60～70%；大修后修正后的锅炉热效率分别为 92.47%、91.93% 和92.46%，总体来说热效率略有提升，其中修正后的排烟温度分别由大修前的141.3、 133.6和 119.6降至大修后的 128.8、115.2和 108.0。另外从机组其它各项的运 行参数能够准确的看出，机组运行的性能有所改善。 五、结论 通过采用低氮燃烧器与 SCR联合脱硝方式，降低了SCR 的建设费用，并且在检修及维护