目前國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠SNCR脫硝技術(shù)首先用于循環(huán)流化床鍋爐，其脫硝效率可達(dá)到70%以上，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)煤粉鍋爐的使用起步時(shí)間較晚，且主要用在四角切圓和對(duì)沖式鍋爐上，其NOX的排放濃度一般在300~400mg/Nm3左右。現(xiàn)階段SNCR脫硝技術(shù)在W型火焰高NOX排放的鍋爐上尚無(wú)使用業(yè)績(jī)。主要原因?yàn)閃型火焰鍋爐由于本身爐內(nèi)溫度場(chǎng)較高，難以找到適于反應(yīng)的溫度區(qū)域，容易造成氨逃逸率上升或尿素的直接燃燒。另外目前運(yùn)行煤粉爐SNCR的最高脫硝效率在40%以下，逃逸率在10ppm以上，存在著提高脫硝效率與逃逸率相應(yīng)升高的矛盾。
那么，如何達(dá)到高效SNCR脫硝效果呢？今天脫硝廠家——河北誠(chéng)譽(yù)就以山東陽(yáng)城電廠為實(shí)例為您詳細(xì)講解。
(1)先進(jìn)的爐膛測(cè)溫技術(shù)
陽(yáng)城電廠高效SNCR項(xiàng)目在線測(cè)溫系統(tǒng)共布置12個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中10個(gè)測(cè)點(diǎn)布置在28m高度，2個(gè)測(cè)點(diǎn)布置在36.2m高度，所測(cè)得爐膛溫度等信號(hào)被送至SNCR控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)Rossler算法計(jì)算后用來(lái)顯示，控制各層脫硝噴槍的投退和尿素溶液的用流量。其中36.2m平臺(tái)2個(gè)測(cè)點(diǎn)主要起到校對(duì)作用，28m安裝的10個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量該截面的溫度及吸收系數(shù)的分布，將截面分為18個(gè)區(qū)域，計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的平均溫度，判斷其他位置脫硝噴槍區(qū)域溫度，送至SNCR脫硝噴槍的控制系統(tǒng)，并形成分布2D畫面顯示。
(2)合適的脫硝噴槍開(kāi)孔位置
通常情況下，爐膛溫度測(cè)量在鍋爐現(xiàn)有的沿爐寬分布的看火孔處測(cè)量，盡量選用熱電偶測(cè)量裝置，長(zhǎng)度要求不小于3米，并選取不少于3個(gè)深度位置進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)選取高、中、低三個(gè)負(fù)荷區(qū)段進(jìn)行測(cè)量。
陽(yáng)城電廠SNCR項(xiàng)目中，利用32m、38m兩個(gè)高度平臺(tái)已有的觀火孔，采用熱電偶測(cè)量了200MW、280MW、335MW三個(gè)負(fù)荷下的爐膛溫度場(chǎng)。測(cè)量時(shí)，10個(gè)觀火孔處同時(shí)測(cè)量，熱電偶伸入爐膛的深度分別為1m、2m、3m。由于鍋爐負(fù)荷和燃用煤種的變化，爐內(nèi)溫度場(chǎng)變化情況較大，這一點(diǎn)在陽(yáng)城電廠鍋爐上表現(xiàn)尤為突出。在本項(xiàng)目的研究過(guò)程中，利用專業(yè)商務(wù)軟件FLUENT對(duì)鍋爐在不同負(fù)荷下的爐膛溫度場(chǎng)進(jìn)行了專題研究，初步驗(yàn)證了脫硝噴槍的開(kāi)口位置。要確定爐膛SNCR系統(tǒng)噴槍開(kāi)孔位置，大致要經(jīng)過(guò)以下幾方面細(xì)致的工作：
1)各工況下?tīng)t膛溫度的測(cè)量;
2)爐膛溫度分析及溫降分析;
3)開(kāi)孔位置的確定，覆蓋爐內(nèi)最高、最低負(fù)荷工況下的850~1100℃區(qū)域。
通過(guò)數(shù)據(jù)分析，靠近水冷壁處區(qū)域測(cè)量溫度比爐膛中心溫度要低的多，當(dāng)熱電偶插入3米深度，所測(cè)溫度已基本接近同高度區(qū)域的中心處煙溫。低負(fù)荷工況下32米處煙溫最高在1050℃左右(深度為3米處)，38米處煙溫最高在970℃左右，均滿足反應(yīng)溫度場(chǎng)要求。中負(fù)荷工況下32米處煙溫最高在1230℃左右，38米處煙溫最高在1060℃左右，很明顯32米處不適合反應(yīng)溫度場(chǎng)要求。高負(fù)荷工況下32米處煙溫最高在1250℃左右，38米處煙溫最高在1100℃左右，很明顯32米處不適合反應(yīng)溫度場(chǎng)。
在此高度一般認(rèn)為爐內(nèi)換熱均勻，計(jì)算出在該區(qū)段內(nèi)，在深度為1米區(qū)域，爐膛每升高1米，爐內(nèi)煙溫下降約為36℃/m;在深度為2米區(qū)域，爐膛每升高1米，爐內(nèi)煙溫下降32℃/m;在深度為3米區(qū)域，爐膛每升高1米，爐內(nèi)煙溫下降30℃/m，符合爐內(nèi)換熱規(guī)律。
根據(jù)數(shù)值測(cè)試結(jié)果，陽(yáng)城電廠4號(hào)爐選取了在爐前墻高度為33.9m、35.5m、38.5m、40m位置布置四層脫硝噴槍，根據(jù)溫降分析，我們對(duì)各開(kāi)孔位置溫度進(jìn)行了模擬測(cè)算。在200MW負(fù)荷時(shí)，38.5米以上爐膛溫度普遍低于850℃，尤其是靠近爐墻處，在此區(qū)域噴入尿素溶液已造成逃逸率過(guò)大。而38.5米以下的33.9米、35.5米處普遍在850~1100℃之間，正好適于反應(yīng)，所以在33.9米、35.5米選開(kāi)孔位置主要用以覆蓋低負(fù)荷下的合適反應(yīng)溫度的區(qū)域，33.9米處溫度已接近與1100℃，若再向下部取開(kāi)孔位置，極易容易超過(guò)反應(yīng)適宜溫度區(qū)上線。在335MW負(fù)荷時(shí)，35.5米以下?tīng)t膛溫度普遍高于1100℃，尤其是3米深度測(cè)點(diǎn)，在此區(qū)域噴入尿素溶液已造成尿素燃燒氧化。而35.5米以上的38.5米、40米處普遍在850~1100℃之間，正好適于反應(yīng)，所以在38.5米、40米選開(kāi)孔位置主要用以覆蓋高負(fù)荷下的合適反應(yīng)溫度的區(qū)域，40米處溫度已接近于850℃，若再向上部取開(kāi)孔位置，極易容易超過(guò)反應(yīng)適宜溫度區(qū)下線。
另外，在后墻標(biāo)高31.2m、32.4m處布置了兩層脫硝噴槍，該位置已基本接近折焰角底部，主要為提高惡劣工況下脫硝效率而設(shè)。
(3)噴槍及噴嘴設(shè)計(jì)技術(shù)分析
在SNCR脫硝系統(tǒng)中噴嘴設(shè)計(jì)尤為重要，要求既有較好的穿透深度，又有較好的霧化覆蓋面積，并且當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，噴嘴的噴射距離、霧化角、霧化粒度等有一個(gè)穩(wěn)定變化的過(guò)程，方便現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。噴嘴的尺寸及形狀決定了爐內(nèi)尿素液滴的射程、液滴的大小等關(guān)鍵因素，影響到爐內(nèi)尿素溶液的蒸發(fā)時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、混合均勻性，是獲得高效脫硝效率的關(guān)鍵。陽(yáng)城電廠SNCR在設(shè)計(jì)時(shí)為了確定合適的液滴尺寸、射程，供貨方曾進(jìn)行了不同種類的槍頭噴射模擬試驗(yàn)和優(yōu)化工作，最終確定出適合陽(yáng)城電廠鍋爐的的噴嘴形式。
(4)合適的脫硝噴槍數(shù)量設(shè)置
脫硝噴槍的數(shù)量和布置方式所解決的問(wèn)題是：通過(guò)脫硝噴槍射流與煙氣的充分混合和射流的良好穿透力，保證整個(gè)爐膛截面還原劑的均勻分布。在爐膛截面上溫度場(chǎng)的分布基本狀況為內(nèi)部溫度較高，尤其是W型火焰鍋爐整體爐膛溫度較高，適于反應(yīng)的溫度場(chǎng)相當(dāng)窄，僅限于靠近水冷壁附近區(qū)域，不能一味的追求還原劑噴射到爐膛內(nèi)部，否則會(huì)造成還原劑的直接氧化燃燒，通過(guò)大量的試驗(yàn)與模擬，在充分考慮到噴射混合區(qū)域的前提下最終確定陽(yáng)城電廠采用6層x 9支的脫硝噴槍設(shè)置模式。
(5)運(yùn)行調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)分析
1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮全面，在滿足各層脫硝噴槍靈活切換的前提下，同時(shí)兼顧各層脫硝噴槍對(duì)濃度的不同要求。
2)自動(dòng)調(diào)控脫硝噴槍前基本穩(wěn)定的溶液壓力是運(yùn)行中保證霧化效果的關(guān)鍵。
脫硝噴槍的霧化效果受槍前溶液壓力的影響較大，脫硝噴槍的最佳霧化狀況針對(duì)某臺(tái)鍋爐來(lái)說(shuō)應(yīng)該是個(gè)不變的。在常規(guī)的控制思路中，當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí)尿素溶液隨著增加，稀釋水量隨著增加(維持入爐尿素濃度10%左右)，此時(shí)脫硝噴槍前壓力隨之上升，爐內(nèi)尿素溶液的霧化狀況、射程隨之改變，這樣在高負(fù)荷時(shí)會(huì)導(dǎo)致部分溶液噴入爐內(nèi)高溫區(qū)域(不適宜反應(yīng)區(qū)域)，低負(fù)荷時(shí)由于槍前壓力降低霧化效果又會(huì)欠佳。所以基本穩(wěn)定的尿素溶液的壓力是保證尿素噴槍霧化效果的關(guān)鍵參數(shù)，也是技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。
這一思路是通過(guò)調(diào)控稀釋水和溶液的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)通過(guò)自動(dòng)回路調(diào)整流量保持槍前的流量在允許范圍內(nèi)波動(dòng)，從而保證槍前壓力在允許范圍內(nèi)波動(dòng)。我們對(duì)機(jī)組負(fù)荷變化過(guò)程中負(fù)荷與入爐總?cè)芤毫恐g的關(guān)系進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)溶液量基本在12500Kg/h到14000Kg/h之間波動(dòng)，另外溶液的稀釋濃度并不是一固定值，當(dāng)負(fù)荷的降低隨之降低，其主要思路就是為了提高低負(fù)荷工況下尿素噴槍槍前壓力，保證噴槍的霧化效果。當(dāng)在高負(fù)荷階段時(shí)，溶液濃度接近到50%左右，主要是防止高負(fù)荷工況下由于槍前壓力過(guò)高引起的溶液穿透能力過(guò)強(qiáng)，噴入爐內(nèi)過(guò)高溫度區(qū)域
3)溫度控制切換
鍋爐本體28m處四周安裝的10個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量該截面的溫度及吸收系數(shù)的分布，將截面分為18個(gè)區(qū)域，計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的平均溫度，每個(gè)區(qū)域的平均溫度用以控制相應(yīng)部位的各層脫硝噴槍的投退。
通常情況下，當(dāng)爐膛前墻相應(yīng)區(qū)域溫度大于850℃時(shí)，投運(yùn)前墻第一層脫硝噴槍;溫度大于1100℃時(shí)，投運(yùn)前墻第二層脫硝噴槍;溫度大于1200℃時(shí)，投運(yùn)前墻第三層脫硝噴槍，同時(shí)退出第一層脫硝噴槍;溫度大于1300℃時(shí)，投運(yùn)前墻第四層脫硝噴槍投運(yùn)，同時(shí)退出第二層脫硝噴槍。當(dāng)爐膛后墻相應(yīng)區(qū)域溫度大于1100℃時(shí)，投運(yùn)后墻第一層脫硝噴槍投運(yùn);溫度大于1300℃時(shí)，投運(yùn)后墻第二層脫硝噴槍。
陽(yáng)城電廠SNCR脫硝效率可達(dá)到50%以上，結(jié)合配煤摻燒、SCR系統(tǒng)優(yōu)化提效手段可望解決W型火焰鍋爐氮氧化物超低排放問(wèn)題，該技術(shù)路線值得在在國(guó)內(nèi)其他項(xiàng)目上推廣。
1. W型火焰鍋爐通過(guò)改變煤質(zhì)特性來(lái)控制爐內(nèi)氮氧化物的生成量技術(shù)可在氮氧化物高排放濃度鍋爐上推廣。
2. 目前煤粉爐SNCR技術(shù)脫硝效率均在40%以下，且無(wú)W型火焰鍋爐業(yè)績(jī)，本項(xiàng)目高效SNCR技術(shù)可在行業(yè)內(nèi)推廣。
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