大唐多伦5420th煤粉炉烟气脱硝改造方案徐州燃控Word格式.docx
《大唐多伦5420th煤粉炉烟气脱硝改造方案徐州燃控Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大唐多伦5420th煤粉炉烟气脱硝改造方案徐州燃控Word格式.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司共配有5台420t/h煤粉锅炉，为进一步减少锅炉NOx排放，改善当地大气环境，适应新的环保政策，需进行烟气脱硝改造。
本项目属老厂技术改造，锅炉出口烟气NOx浓度按照实测值829mg/Nm3（标、干、6%O2），脱硝技术方案采用“低氮燃烧器+SCR脱硝装置”两步走方案。
通过低氮燃烧器改造，将NOx含量从829mg/Nm3降低到300mg/Nm3；
SCR装置适当考虑裕量，按SCR入口NOx浓度350mg/Nm3，排放烟气NOx浓度降低到100mg/Nm3以下设计。
1.2脱硝工程建设的必要性
我国是世界上主要的煤炭生产和消费国，也是以煤炭为主要一次能源的国家。
近年来，在燃煤电站SOx排放的控制方面，我国采用引进技术和设备建立了一批烟气脱硫工程，不断加大SOx排放的控制力度，SOx排放的增长势头已基本得到了控制，SOx排放总量将不断降低。
因此，NOx的控制将是继粉尘和SOx之后燃煤电站环保治理的重点。
国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局已于2011年7月29日正式发布了《GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准》代替GB13223-2003，要求火电机组NOx排放浓度按限值100mg/Nm3（采用W型火焰炉膛的火力发电锅炉，现有循环流化床火力发电锅炉，以及2003年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉按限值200mg/Nm3），新建机组从2012年1月1日开始执行，现有机组从2014年年7月1日起执行。
目前电厂NOX排放浓度实测值829mg/Nm3，本工程5台机组实施脱硝技改后降低到100mg/Nm3以下，电厂NOx排污总量将显著降低，具有明显的环保效益和社会效益，有利于电厂以环保型电厂的面貌树立自己的企业形象。
2工程概况及现状分析
2.1厂址概述
大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司位于内蒙古自治区锡林郭勒盟多伦县境内，有动力分厂、输煤分厂、空分分厂、煤气化分厂、净化分厂、甲醇分厂、MTP分厂、聚丙烯分厂等。
其中动力分厂拥有的5锅炉及配套发电机组，其产生的蒸汽和电力满足全厂正常生产的工艺用汽、动力用汽和用电要求。
2.2气象环境
参数
数值
常年平均气温
2.6℃
极端最高气温
36.1℃
极端最低气温
-39.8℃
年平均降雨量
392.4mm
多年最大降雨量
181.2mm
年平均气压
874.8hPa
年平均相对湿度
61%
年平均风速
3.5m/s
最大冻土深度
199cm
最大积雪深度
19cm
最大一次沙暴持续时间
9小时23分
50年一遇基本风压
0.40KN/m2
地震基本烈度
Ⅵ度
协议基本地震加速度
0.05g
2.3锅炉参数
锅炉锅炉型式：
DG420/9.8-Ⅱ1型锅炉为高温高压、π型布置、自然循环、平衡通风、燃煤、固态排渣、全钢构架、全悬吊、管式空气预热器。
燃烧器采用四角切向布置直流式燃烧器，假想切圆直径为Φ405mm，采用中速磨冷一次风机正压直吹式系统。
每台炉配4台ZGM113G中速磨机，三台运行，一台备用。
单位
额定蒸发量：
420
t/h
过热蒸汽压力：
9.8
MPa
过热蒸汽温度：
540
℃
再热蒸汽流量：
/
再热蒸汽进口压力：
再热蒸汽进口温度：
再热蒸汽出口压力：
再热蒸汽出口温度：
给水温度：
150
锅炉效率：
>
89.5
%
锅炉类型：
煤粉炉
燃料种类：
褐煤
构架地震设防级别：
6度
2.4脱硝设计参数
2.4.1煤质参数
名称
符号
协议煤种
现行煤种
碳（应用基）
Car
39.71
34.85
氢（应用基）
Har
2.59
2.32
氧（应用基）
Oar
10.79
7.96
氮（应用基）
Nar
0.62
0.3
硫（应用基）
Sar
1
1.36
灰（应用基）
Aar
11.22
13.51
水（应用基）
Mad
34.1
39.7
水（分析基）
Mar
19.56
9.7
挥发份（可燃基）
Vdaf
低位发热值
Qnet.ar
kJ/kg
3418.84
2879.43
可磨性指数
KKK
0.8
2.4.2烟气参数
1）脱硝烟气流量和成分
项目
脱硝装置设计值
备注
烟气流量（BMCR，标、湿、实际氧）
kg/s
201.753kg/s
空预器核算参数
烟气流量（BMCR，实际态、湿、实际氧）
m3/h
估算
Nm3/h
估算，烟气中水分含量12.7%，氧气含量3.82%
烟气流量（BMCR，标、干、实际氧）
烟气压力（BMCR）
Pa
-2680
暂定
烟气温度（BMCR）
391℃
2）烟气中污染物成分（标准状态，干基6%O2）
项目
设计值
烟尘浓度
g/Nm3
33
实测
改造前锅炉排放NOx
mg/Nm3
829
低氮燃烧器改造后NOx
300
预期
SCR装置入口NOx设计值
350
Cl（HCl）
80
F（HF）
30
SO2
3682
SO3
60
3低氮燃烧器改造方案
5.3.1改造要求
通过对锅炉燃烧系统改造，将锅炉氮氧化物排放降低到300mg/Nm3；
之后采用SCR脱硝技术进一步将氮氧化物排放量降低到100mg/Nm3以下，并在此基础上保证锅炉效率不低于改造前的状况。
改造后的锅炉运行保证具有安全性，经济性及可操作性。
燃烧系统能够扩大煤种的适应性，防止结渣及高温烟气腐蚀。
改造后锅炉的控制模式基本维持不变，燃烧更稳定。
5.3.2燃烧器改造方案
5.3.2.1现有燃烧系统
燃烧系统为四角布置切向燃烧,切圆直径为405mm,每角布置四层一次风喷口,六层二次风喷口,一层顶二次风（OFA）喷口和一层燃尽风喷口（SOFA）,其中两层二次风喷口中布置有点火油枪及稳燃油枪。
为保证锅炉稳定燃烧和较低的不投油稳燃负荷,一次风采用水平浓淡燃烧器。
5.3.2.2低NOx燃烧技术的机理
按照NOx生成机理，分为热力型NOx，快速型NOx，燃料型NOx。
据统计，煤燃烧时约75%～90%的NOx属燃料型NOx。
热力NOx的生成根据广义的Zeldovich机理计算。
快速型NOx采用由DeSoete提出的通用动力学参数及其快速型NOx预测模型来计算。
燃料型NOx根据DeSoete机理分为挥发份NOx和焦炭NOx两部分，挥发份热解中间产物为HCN，挥发份中N全部转化为HCN，HCN可以被O2氧化成NO，也可以把NO还原生成N2，焦炭中的N直接转化为NO。
燃料再燃还原NOx是通过NO和煤粉热解析出的碳氢基团（CH、CH2和CH3）以及焦炭的还原反应而导致NO减少。
5.3.2.3三梯度低氮燃烧技术
一般的分级低氮燃烧技术，约20～30%二次风从炉膛上部送入后，大量的未燃尽煤粉在上部燃烧导致过热器温升高。
如何避免这种情况发生，我们认为主要有两点：
首先采用主燃烧区强化燃烧技术，缩短主燃烧区火焰行程；
其次SOFA区域采用二次风强化混合措施，加强上部烟气的扰动，强化炉内换热，有利于未被还原的NOx尽快还原，同时达到炉膛出口烟温不升高的目的。
三梯度低氮燃烧技术专利：
Ø
发明专利
ZL1.X多煤种低氮直流煤粉燃烧装置及其喷口的控制方法
实用新型专利
ZL3.1内摆式二次风喷口
ZL2.X多煤种低氮直流煤粉燃烧装置
三梯度低氮燃烧技术原理：
通过合理配置燃料供给方式及供风方式，在炉膛内部沿垂直方向形成两个独立的燃烧区域，使炉内燃烧气氛经过“还原—氧化—还原—氧化”四个阶段，燃料与空气当量浓度比在四个不同阶段之间形成三级梯度过程变化，同时燃烧温度在三级梯度变化中发生转变，炉内整个燃烧过程均在偏离常规理论燃烧当量比下进行，从而实现深度分级，而且上部燃烧区的再燃燃料兼具有还原作用，再结合动态监测控制系统实时进行监测和控制，从而使锅炉长期稳定运行，同时实现更低的经济NOx排放量。
三梯度燃烧技术特点：
1）低氧量燃烧，炉膛出口过氧量低至3%以下；
2）多煤种适应性，可燃基挥发份大于10%的煤种均可以稳定良好燃烧；
3）更低负荷稳燃，根据不同煤种实现30-50%低负荷稳燃；
4）更低Q4损失，飞灰含碳量一般可以维持在3%以下；
5）更低氮氧化物排放，根据不同煤种实现氮氧化物排放在200-300mg/Nm3。
6）很好地解决了炉膛的结渣问题。
5.3.2.4分级技术下NOx的组成
采用常规分级燃烧技术以后NOx的排放主要有四个方面组成:
1）降低NOx的最佳过量空气系数约0.75，这就意味着有大于25%的未燃尽碳中含有的N最终会进入燃尽区形成NOx排出；
2）由于主燃烧区处于还原气氛，为了防止发生水冷壁结焦、高温腐蚀事故，低氮燃烧器改造中都采用了偏置风技术，即通过特有的喷口结构使水冷壁周围处于富氧气氛，由于炉膛内气流的混合，一部分NOx进入水冷壁周围富氧环境，随着气流旋转上升最终排出。
3）位于最上层一次风喷口形成的NOx未来得及及时还原，进入燃尽区最终排出；
4）主燃烧区虽然处于缺氧气氛，但由于气流混合的不均匀性，依然有一部分NOx残留在局部富氧环境下随着气流的上升进入燃尽区最终排出
5.3.2.5改造方案
煤粉直流低氮燃烧技术（浓淡分离+强化燃烧喷嘴）+空气分级技术（偏置风+两组SOFA）+燃料分级再燃技术（C/D层一次风）。
本次改造维持燃烧角不变，燃烧器分为上下2组：
其中上组包括3层高位燃尽SOFA风和1层低位SOFA风，为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度，强化分级风与烟气的混合，兼顾NOx控制与煤粉燃烬，低位SOFA选取较高的风速。
下组喷口布置形式从上而下为OFA-1-2-1-2-2-1-2-1-2即OFA-D-CD-C-BC2-BC1-B-AB-A-AA.一次风采用水平浓淡技术，3层高位燃尽SOFA风均采用上下左右摆动喷口结构。
由于褐煤水分较高，相对着火不利，设计局部采用相对集中的布置方式。
原燃烧器点火油枪，节油油抢，火检及弹簧吊架回用，现有执行器回用。
5.3.2.5.1一次风喷口
一次风管采用水平浓淡，所有一次风耐热喷口更换为新型结构。
A、B、C、D为四层一次风喷口，分两个集中区布置。
最佳运行工况为A、B、D层运行C层备用。
A、B二层形成下部集中燃烧区。
相对集中的燃烧区域使燃烧初期挥发分析出更加彻底，更有利于挥发分N的控制。
考虑到每台磨煤机的有效时间，燃烧器设计中充分考虑了任意一台或者两台磨煤机停用的情况，所有组合模式NOx排放保证300mg/Nm3，。
二次风风门开度需要根据磨煤机及锅炉运行工况相应调整。
5.3.2.5.2二次风喷口
为了避免采用分级燃烧后主燃烧区风量减少带来的动力场变化，所有的二次风喷口根据三梯度的配风要求进行更换。
AA/BC2为点火助燃油枪二次风喷口；
由于主燃烧区处于还原气氛，为了防止发生水冷壁结焦、高温腐蚀事故，AB、CD层喷口改为偏置二次风喷口；
为了控制水冷壁周围富氧区域的NOx以及由于混合不均匀残留在主燃烧区的NOx进入燃尽区，BC1、OFA层喷口改为左右摆动二次风喷口，改善主燃烧区的混合状况。
5.3.2.5.3高位SOFA
高位燃尽风喷口与燃烧器的距离决定了烟气在还原区域内的停留时间。
还原气氛程度越深，停留时间越长，越有利于控制NOx的生成和煤粉的充分燃烧。
本次改造中在最上层一次风喷口往上6m左右增加一组高位SOFA，高位SOFA包括三层喷口，所有喷口均可以实现上下20度，左右15度的摆动。
风量大约炉膛出口总风量的12%，最大可至18%。
具体标高位置根据刚性梁以及现场实际情况进行调整。
布置原则以尽量避开水冷壁刚性梁，减少平台改动、方便维护人员操作为原则，水冷壁进行相应的开孔。
5.3.2.5.4低位SOFA
为了进一步降低进入富氧区的未燃尽碳，本次改造在最上层一次风喷口往上3m左右增加了低位SOFA，低位SOFA包括一层喷口，风量5%左右。
通过补充一定量燃烧需要的氧气，使得过量空气系数由主燃烧区的0.75增加到0.95，通过低位SOFA的设置可以使进入富氧区域的未燃尽碳降到5%左右，不但降低了未燃尽碳中含有的N转换为NOx的几率，同时也降低了飞灰含碳量。
为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度，强化分级风与烟气的混合，兼顾NOx控制与煤粉燃烬，低位SOFA取用较高风速。
5.3.3燃烧器设计特点
1）采用两个燃烧区理念，AB一次风做为下部燃烧区，BC层二次风做为下部燃烧区煤粉的燃尽区，使下部燃烧区中未燃尽碳中含有的N全部转化为NOx，D层做为上部燃烧区，将下部产生的NOx全部还原为N2.
2）一次风采用水平浓淡，上下组两层一次风之间布置有偏置二次风，与一次风形成一定夹角，防止结渣和高温腐蚀，降低NOx排放。
3）燃烧器顶部设有可上下左右摆动的高位SOFA风，可以有效控制飞灰含碳量，进一步调节炉膛出口烟温偏差之外，还可以对炉膛出口烟温进行调节。
4）考虑到锅炉计算一次风率较高，不利于煤粉初期NOx的析出与还原，相当于减少了低氧量下NOx的总还原时间，因此必须在整个炉膛空间内做出弥补，为此，在兼顾q4的前提下，增加一组低位SOFA和一组高位SOFA，且高位SOFA喷口风量设计留出裕度，最大可至总风量的25%，在主燃区燃烧稳定高效的前提下，可以适当关小主燃区的部份二次风，增开上部SOFA风。
5）为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度，强化分级风与烟气的混合，兼顾NOx控制与煤粉燃烬。
低位SOFA取用较高风速。
6）采用强化燃烧一次风喷嘴，加快煤粉燃烧延长炉内停留时间及缩短火焰行程。
7）燃烧器喷口采用新型耐热合金材料，该材料在1300℃时仍具有稳定的抗磨组织，有利于防止喷口烧坏及磨损。
8）燃烧器的二次风门挡板关闭严密，每个风门均可单独实现自动调节。
5.3.4燃烧器的设计特性参数
名称/参数
风率%
风速m/s
风温℃
风量m3/h
风阻Pa
一次风
51
26
70
.05
750
二次风
44.13
49.4
337.9
.03
1107
漏风
4
5.3.5专题说明
5.3.5.1防止结渣和高温腐蚀
1）维持原来较小的燃烧切圆，控制火焰的实际燃烧切圆与水冷壁保持一定的距离，改善炉内动力场，防止结焦。
2）采用浓淡分离，浓侧为向火面，淡侧为背火面；
偏离二次风，在炉膛断面形成风包粉，防止炉膛结渣。
3）独特的分量偏置二次风结构，确保水冷壁周围始终处于富氧。
4）一次风喷口设置周界风，防止喷口结渣。
5.3.5.2低负荷稳燃
1）一次风采用水平浓淡分离技术，浓煤粉在向火侧，可保证及时着火与稳燃。
2）两层一次风之间的二次风采用偏置风布置，大大降低了燃烧初期需要的着火热，火焰集中，可达到较好的低负荷稳燃效果。
3）低负荷时减少或全关一次风喷口的周界风，也有利于稳燃。
4）相对更近的一次风间距，使低负荷火焰更加稳定。
5.3.5.3降低NOX排放措施
1）将炉膛分为两个燃烧区域，在沿炉膛高度整体分级的同时，对下部主燃烧区域进行精细化分级，真正意义上实现深度分级，达到较低的经济NOX排放指标。
2）采用水平浓淡燃烧技术将煤粉分成了浓淡两股煤粉气流，无论是浓侧还是淡侧都形成了偏离化学当量燃烧。
浓侧因氧气不足，且燃烧温度也不高，燃料型NOX和热力型NOx的生成都会减少；
淡侧因空气量过大，燃烧温度也不高，热力型NOX的生成也会减少。
3）由于采用偏置风技术，在水平方向也形成分级燃烧。
4）采用强化燃烧一次风喷口，可以加快挥发分N的析出，延长NOX的转化时间。
提高一级燃烧区NOX的转化率。
5）两个燃烧区的最上层采用左右摆动二次风，使水冷壁周围富氧去以及由于气流不均匀残留的NOx在主燃烧缺氧区得到充分的混合还原。
6）在还原区增加低位SOFA风，降低由于未燃尽碳中含有的N进入富氧区生成NOx的值。
7）低位SOFA加强炉膛上部烟气的混合，达到低氧量完全燃烧的效果，从而降低氮氧化物排放。
8）由于一次风率较高，在取用较大份额的SOFA风量后，主燃区还原性气氛更强，利于控制NOx的生成。
5.3.5.4保证燃料燃烧完全的措施
1）采用空气与燃料混合分区技术，保证下部燃烧区在低过量空气系数下绝大部份燃料烧完之后提前进入富氧空气区进行完全燃烧。
2）采用低比例（分离风量18%）高位燃烬风技术，使得上部燃烧区最终残留的少量燃料离开炉膛之前，在足够的停留时间内进行过氧燃烧。
3）低位SOFA加强炉膛上部烟气的混合，提高缺氧状态下燃料的燃尽率，达到低氧量完全燃烧的效果。
5.3.6改造结果
5.3.6.1改造后性能保证值
1）根据现用煤种及原锅炉受热面布置情况，燃烧器改造后的NOX排放低于300mg/Nm3；
2）在目前锅炉负荷参数不变的情况下，改造后确保在满足氮氧化物排放的同时锅炉各性能参数维持基本不变。
3）锅炉低负荷稳燃能力不大于40%B-MCR。
5.3.6.2改造后锅炉运行状况
1）改造后锅炉煤种适应性更加广泛，不会由于电厂来煤的变动导致炉内动力场破坏，引起结焦、燃烧不稳、气温不足等现象的发生。
2）改造后锅炉减温水量进一步降低，同时保参数的锅炉负荷范围得到进一步扩大。
3）改造后炉内燃烧更加稳定，混合更加充分，氧气的利用率得到提高，炉膛出口过量空气系数降低，锅炉排烟损失下降。
5.3.7燃烧器布置图
改造后主燃烧区喷口布置图
5.3.8LNB改造初步工程量清单（单台炉）
序号
主要规格
数量
燃烧器耐热铸钢
只
56
含一二次风喷口
2
燃烧器耐磨铸钢
16
含一次风煤粉浓缩器
3
主燃烧器风箱
套
含箱壳、风门、密封、摆动机构、导流板等
低位SOFA风管及附件
含框架，管壳、风门、密封、摆动机构
5
高位SOFA风管及附件
含框架、管壳、风门、密封、摆动机构
6
SOFA风道
含膨胀节、支吊架等
7
风门电动执行器
扭矩300N.m
台
64
按全部更新考虑
8
主燃烧器区域水冷壁让管
组装出厂
9
SOFA区域水冷壁让管
10
刚性梁及其连接件
说明：
1）原点火油系统和火检系统回用。
2）保温及浇注料、燃烧器改造相关电气、仪表控制设备、在线监测属于选配
4环境与社会效益
本工程是一项节能减排工程，项目符合国家发展和改革委员会《产业结构调整指导目录（2005年本）》第一类鼓励类，第二十六项环境保护与资源节约综合利用，第18款“三废”综合利用及治理工程产业条目。
脱硝技术改造前，锅炉NOx排放浓度按829mg/Nm3，5台锅炉年排放NOx总量（以NO2计）约18032吨（按机组满负荷年运行8000小时计）。
通过低氮燃烧器技术改造，可将锅炉NOx排放浓度降低到300mg/Nm3。
低氮燃烧器改造后，5台锅炉NOx年排放总量降低到约6525吨，NOx年减排约11507吨，对改善当地的大气环境质量有着重要作用，环境与社会效益显著。
5工程造价分析（5台炉）
名称
数量
单价（万元）
总价（万元）
设备费
项
1100.00
设计费
66.00
安装费
442.00
调试费
175.00
低氮燃烧器改造总造价
1783.00
升级会员 