CFB(循環(huán)流化床)燃煤發(fā)電鍋爐具有燃燒效率高､燃料適應性廣､污染物排放低､運行穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢,已在國內(nèi)外得到廣泛應用｡對于煤矸石的綜合利用與發(fā)電,CFB被認為是最為適宜的技術(shù)之一｡

 

(來源：循環(huán)流化床發(fā)電 作者：陳建全)

 

雖然我國煤矸石儲量豐富,但由于其質(zhì)地硬､密度大､熱值低､不易燃燒等特點,采用常規(guī)煤粉燃燒技術(shù),燃用煤矸石發(fā)電是極其困難的｡而CFB鍋爐則完全可以適應這種低熱值煤｡目前,我國已經(jīng)規(guī)劃建造了多個以煤矸石為燃料的CFB鍋爐發(fā)電機組,最大單機容量達到了350MW｡

 

燃用煤矸石CFB鍋爐采用爐內(nèi)噴石灰石脫硫,可以降低煙氣排放的SO2濃度,同時由于爐內(nèi)燃燒溫度不高,采用分級配風方式,其煙氣中的NOX濃度也較低｡然而,隨著國家對電站鍋爐煙氣污染物排放標準的不斷提高,燃用煤矸石的CFB鍋爐煙氣污染物達標排放問題,是發(fā)電廠面臨的又一新的挑戰(zhàn)｡2011年我國頒布了GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》,要求自2014年7月1日起現(xiàn)有CFB機組排放的煙氣中氮氧化物濃度不大于200mg/m3,新建CFB機組不大于100mg/m3｡2014年印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》中,要求和鼓勵新建機組接近或達到燃氣輪機組排放限值,即在基準氧含量6%條件下,煙塵､二氧化硫､氮氧化物排放濃度分別不高于10,35,50mg/m3,實現(xiàn)燃煤發(fā)電機組的超低排放｡

 

目前,燃煤矸石大型CFB鍋爐排煙NOX濃度通過運行調(diào)整一般可控制在200mg/m3以內(nèi),但如果要實現(xiàn)超低排放目標,則必須根據(jù)機組的實際特點,研究和應用適宜的技術(shù),對CFB鍋爐進行改造升級｡

 

1、CFB鍋爐脫硝技術(shù)分析

 

燃煤鍋爐中NOX的生成途徑主要可分為3種:熱力型､快速型和燃料型｡熱力型NOX的生成溫度一般要求1500℃以上,而CFB鍋爐爐內(nèi)溫度在1000℃以下,因此熱力型NOX的含量很少｡快速型NOX的生成條件為低氧､燃料富余,而CFB鍋爐內(nèi)的空氣過剩系數(shù)一般在1.2以上,不滿足快速型NOX的生成條件｡燃料型NOX主要由燃料中的含氮化合物在加熱過程中,伴隨揮發(fā)分燃燒和焦炭燃燒形成｡因此,CFB鍋爐生成的NOX主要是燃料型NOX,其含量常超過95%,主要包括:揮發(fā)分燃料燃燒階段形成的NOX和焦炭燃燒階段形成NOX｡

 

目前,控制CFB鍋爐NOX排放的技術(shù)主要有以下幾種｡

 

1.1 低氮燃燒技術(shù)

 

低氮燃燒技術(shù)主要是通過運行方式的改進或?qū)θ紵^程進行特殊控制,一方面抑制燃料生成NOX,另一方面將已生成的NOX還原,最終降低NOX排放量｡主要方法包括:

 

(1)低氧燃燒｡通過降低過量空氣系數(shù),以利于還原性氣氛的形成,減少NOX的生成｡

 

(2)強化分級配風｡流化床鍋爐本身就是分級配風,但需根據(jù)煤種不同合理調(diào)整一､二次風的風量及風速,避免產(chǎn)生局部高溫｡

 

(3)燃料再燃｡在旋風分離器入口前再送入一股氣體燃料,由于氧量不足會形成還原性氣氛,將NOX還原為N2｡

 

1.2 SNCR脫硝技術(shù)

 

SNCR(選擇性催化還原)脫硝技術(shù)是指在無催化劑的作用下,在最佳反應溫度850~1000℃之間噴入還原劑,將煙氣中的NOX還原為無害的N2和H2O｡該技術(shù)一般采用爐內(nèi)噴氨或尿素作為還原劑還原NOX,其主要反應式為:

 

 

 

1.3 SCR脫硝技術(shù)

 

SCR(選擇性催化還原)脫硝技術(shù)的原理是在催化劑(V2O5/TiO2)的作用下,在最佳的催化溫度300~400℃之間,用還原劑氨(NH3)與NOX反應生成無害的N2和H2O,一般將SCR反應器置于省煤器后､空氣預熱器之前｡其主要反應式如下:

 

 

1.4 SCR-SNCR脫硝技術(shù)

 

SCR-SNCR混合脫硝技術(shù)是結(jié)合了SNCR法的經(jīng)濟性和SCR法的高效而發(fā)展起來的一種脫硝工藝,其流程是:先將還原劑噴入爐膛,在高溫下還原劑與煙氣中的NOX發(fā)生還原反應,初步脫硝后,未反應完全的還原劑進入設(shè)在省煤器與空預器之間的SCR反應器,在有催化劑參與的情況下進一步脫除NOX｡

 

 

 

2、脫硝方案選擇

 

對于燃煤矸石CFB鍋爐脫硝技術(shù)的選擇,不應采取一刀切的方式,而應結(jié)合不同地區(qū)､機組新舊程度以及煤質(zhì)等因素采用不同的脫硝技術(shù)｡

 

2.1 滿足GB13223-2011標準的改造方案

 

要滿足GB13223-2011的排放標準,老機組需將NOX的排放量降至200mg/m3以下｡現(xiàn)有的300MW燃煤矸石CFB鍋爐NOX排放量一般在200mg/m3左右,只需選擇合適的低氮燃燒方法進行改造,即可滿足要求｡

 

對于NOX的排放量要求在100mg/m3以下的新建機組,以及通過低氮燃燒改造仍不能滿足排放要求的老機組,可在低氮燃燒的基礎(chǔ)上加裝SNCR脫硝裝置｡一般而言,CFB鍋爐在旋風分離器處的溫度為800~950℃,恰處于SNCR脫硝技術(shù)的最佳反應溫度區(qū)間;此外,高溫煙氣在旋風分離器內(nèi)形成強烈的渦流,將SNCR噴槍布置于旋風分離器進口煙道上,既能保證還原劑與煙氣充分混合,又能保證有足夠長的停留時間｡這種脫硝方式的效率可達60%以上｡

 

表3為某240t/h的CFB鍋爐在采用燃料再燃+SNCR脫硝技術(shù)后NOX的排放濃度,其結(jié)果達到了GB13223-2011標準的限值要求,且對整個鍋爐機組的影響較小｡

 

 

2.2 滿足超低排放標準的改造方案

 

若要滿足超低排放要求,NOX的排放需低于50mg/m3,采用低氮燃燒+SNCR脫硝技術(shù)已經(jīng)無法滿足要求｡由前文分析,結(jié)合表2可知,SCR和SCR-SNCR脫硝技術(shù)均具有較高的脫硝效率｡如采用SCR脫硝技術(shù),一方面催化劑容易中毒和磨耗,另一方面SO3含量的增加會對下游設(shè)備造成堵塞和腐蝕,影響系統(tǒng)連續(xù)運行｡且SCR脫硝技術(shù)的催化劑用量大,占用空間較大,需要對空預器及引風機等進行改造,難度大､工期長､初投資和運行維護費用也較大｡因此單獨采用SCR脫硝技術(shù)不適用于燃煤矸石的CFB鍋爐｡而SCR-SNCR脫硝技術(shù)催化劑用量少,中毒和磨損帶來的損失小,占用空間小,改造難度也減小,且氨逃逸量也較小,減輕了對下游設(shè)備的影響,既結(jié)合了SNCR和SCR的優(yōu)點,又減少了SNCR和SCR的缺點｡采用SCR-SNCR脫硝并結(jié)合低氮燃燒技術(shù),脫硝效率可達90%以上,完全可以滿足超低排放的要求｡同時在工程改造中可以預留一部分空間,當排放達不到規(guī)定標準時,可以直接在此加裝催化劑,減小工程改造的難度與風險｡

 

3、結(jié)語

 

脫硝技術(shù)的改造可以遵循低氮燃燒→低氮燃燒+SNCR→低氮燃燒+SCR-SNCR的技術(shù)路線,當前一項不能滿足排放標準時,在原有脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上進行下一步的脫硝改造｡對燃煤矸石CFB鍋爐脫硝改造提出以下建議:

 

(1)對于現(xiàn)有或新建的非敏感(只需滿足GB13223-2011標準)地區(qū)的燃煤矸石CFB機組可采用低氮燃燒技術(shù)或低氮燃燒+SNCR脫硝技術(shù)｡

 

(2)對于敏感(需滿足超低排放要求)地區(qū)的燃煤矸石CFB機組可采用低氮燃燒+SCR-SNCR混合脫硝技術(shù)｡

 

文獻信息

 

陳建全,高彬彬,高建強. 燃用煤矸石循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝方案研究[J]. 浙江電力,2016,05:38-41.