H型省煤器在循环流化床锅炉脱硝中的应用

H型省煤器在循环流化床锅炉脱硝中的应用

摘 要: 本文分析了目前我国循环流化床锅炉烟气脱硝的排放要求，提出了几种脱硝工艺并进行比较分析。对于循环流化床锅炉烟气脱硝选用SNCR/SCR混合法较合理，为了布置SCR反应器，优先选择把原光管或螺旋鳍片省煤器改为H型鳍片省煤器，在高、低温段省煤器之间可拉出5米左右空间布置反应器。在设计煤种、BMCR工况下，反应器进口烟温设计为370℃左右。该脱硝改造方案既能满足脱硝排放要求，又能在不影响锅炉性能的基础上减少初投资并缩短改造周期，该改造方案具有很好的推广价值。

关键词: 循环流化床锅炉;烟气脱硝;H型省煤器

1 前言

近年来，随着我国火电装机容量的增长，NOx排放量逐年增加，NOx已成为目前我国主要大气污染物之一。2011年7月，国家环境保护部等联合印发了《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，根据新标准要求，从2012年1月1日开始，所有新建火电机组氮氧化物排放标准为100mg/Nm3;从2014年7月1日开始，现有火电机组氮氧化物排放标准为100 mg/Nm3(采用W型火焰炉膛、现有循环流化床、以及2003年12月31日前建成投产或通过项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉执行200 mg/Nm3标准)。 重点区域火电机组的氮氧化物污染物排放标准则统一为100 mg/Nm3。

2 循环流化床锅炉脱硝工艺

目前，循环流化床锅炉NOx原始排放最大能达到350～400mg/Nm3(标准状态，干基，6%含氧量)，要满足NOx排放浓度不超过100mg/Nm3，脱硝效率必须大于72%。

如单纯采用SCR法，锅炉脱硝改造时要在尾部增加两跨，一跨布置上升烟道，一跨布置SCR反应器，在上升烟道上安装AIG喷氨格栅，纯SCR法对锅炉空间有一定要求，投资大，改造周期长，业主较难接受。

而单纯采用SNCR法脱硝，对于煤粉炉脱硝效率一般在15～40%之间，对于循环流化床锅炉脱硝效率则要高些，但最高也只能在60%左右，不能满足脱硝排放要求，本文推荐以下两种脱硝方案。

2.1 低氮燃烧改造+SNCR脱硝

如果不能降低NOx原始排放，单纯采用SNCR法脱硝则不能满足NOx达标排放，可考虑先进行循环流化床锅炉低氮燃烧改造，使NOx原始排放浓度降到200mg/Nm3左右，再通过SNCR脱硝，使NOx达标排放。

对循环流化床低氮燃烧改造主要可采取以下措施：

1) 锅炉经长时间运行后，高温分离器的分离效率会有所下降，床温偏高，造成NOx排放偏高，在运行锅炉要检查一下分离器，需要的话进行修复以提高其分离效率。对于新建锅炉，设计时要尽可能提高分离器的分离效率。

2) 调整锅炉一、二次风量配比。适当加大二次风量，必要时可考虑增加一台二次风机，与原二次风机并联使用。

3) 二次风管重新布置，前、后墙二次风管考虑多层布置，对布置标高及二次风管口径进行改造，视情况二次风环形风箱尺寸可适当放大，以降低二次风阻力。

4) 根据密相区床温，可考虑飞灰再循环。

5) 根据脱硝要求和锅炉负荷情况，必要时可增加水冷屏和汽冷屏，适当降低炉膛温度。

以上循环流化床锅炉脱硝改造费用相对较低，但需要注意的是，低氮燃烧改造后会对锅炉燃烧效率、热效率有一定影响，因此该方案存在技术风险。

2.2 SNCR/SCR混合法脱硝

锅炉不进行低氮燃烧改造，使燃料燃烧完全，保证锅炉燃烧效率和热效率不降低的基础上，通过SNCR/SCR混合法，满足72%左右的脱硝效率要求。

2.2.1 工艺方案

本方案采用SNCR/SCR混合法脱硝，还原剂用氨水或尿素溶液，通过喷枪把还原剂从分离器入口处喷入，SNCR脱硝未反应的氨进入SCR反应器，在高温省煤器与低温省煤器之间布置一层V2O5-WO3/TiO2蜂窝式催化剂，或催化剂“1+1”布置(初装一层，预留一层)。在设计煤种、BMCR工况下，反应器进口烟温设计为370℃左右，从而满足在不同锅炉负荷下SCR反应所要求的320℃ ～ 400℃温度范围。

由于还原剂从分离器入口喷入，在分离器内氨能和烟气充分混和，并保证脱硝所需要的反应时间，这样，SNCR脱硝效率可设计为55%左右，SCR脱硝效率可设计为40%左右，从而保证锅炉总脱硝效率大于72%。

2.2.2 系统组成

SNCR/SCR系统分成三部分：氨水存储及供应系统、SNCR脱硝和SCR脱硝等三个部分。

氨水存储及供应系统包括：氨水储罐、循环给料装置和控制系统等;SNCR脱硝系统包括：控制计量装置、独立分配装置、固定式喷射装置和控制系统等;SCR脱硝系统包括：SCR反应器、催化剂、吹灰器和控制系统等。

2.2.3 SNCR/SCR混合法脱硝优点

一、 SNCR/SCR混合法脱硝工艺优点主要有：

一、 脱硝效率可达到60%～80%，确保NOx达标排放。

二、 脱硝系统运行灵活，调整余地大。

三、 投资省，改造周期短。

四、 占地面积小。

五、 对锅炉运行影响较小。

六、 运行维护方便。

2.2.4 锅炉主要改造内容

1.SNCR/SCR混合法脱硝需要对锅炉进行以下改造：

2.SNCR脱硝需要在分离器进口附近安装喷枪预埋管。

3.把原光管或螺旋鳍片省煤器改造为H型鳍片省煤器，在高温省煤器和低温省煤器之间留出合适的空间，安装一层SCR催化剂，或催化剂“1+1”布置，并在催化剂上方安装吹灰器，省煤器改造需增加中间集箱。

4.SCR法脱硝易产生部分硫酸氢铵，会对低温空预器造成局部腐蚀，下级空气预热器末级需采用镀搪瓷管。

2.2.5 H型鳍片省煤器的应用

H型鳍片管结构见图1所示， H型鳍片管是把两片中间有圆弧的钢片对称地与光管焊接在一起形成鳍片，正面形状象字母“H”，故称为H型鳍片管。

H型鳍片管的两个鳍片为矩形，近似正方形，其边长约为光管的2倍，属扩展受热面。H型鳍片管制造工艺采用闪光电阻焊工艺方法，焊接后焊缝熔合度高，焊缝抗拉强度大，具有良好的热传导性能。H型鳍片管还可制造成双管“双H”型鳍片管，其结构具有更好的刚性，可以应用于管排较长的场合，双H型鳍片管结构见图2所示[1,2]。

图1 H型鳍片管结构示意图图2 双H型鳍片管结构示意图

光管或螺旋鳍片省煤器改造为H型鳍片省煤器具有很大的优势如下[3,4]：

1) 能有效解决省煤器磨损和积灰问题。

2) H型鳍片省煤器结构紧凑、重量轻。

3) 减小烟气侧阻力，降低引风机运行成本。

3 应用案例

某工程670t/h循环流化床锅炉进行SNCR/SCR混合法烟气脱硝改造，燃用设计煤种、BMCR工况下NOx(以NO2计)浓度为350mg/Nm3左右(6%O2，干基)，处理BMCR工况100%烟气量条件下，经脱硝装置将NOx浓度降低到100mg/Nm3以下(6%O2，干基)，脱硝效率大于72%，还原剂为20%浓度氨水。

为了安装SCR反应器，对尾部受热面进行改造，把原螺旋鳍片管省煤器改造为H型鳍片省煤器。省煤器改为高、低温段布置，高、低温段省煤器拉5米以上距离，布置SCR反应器，反应器内布置1层催化剂。在设计煤种、BMCR工况下，SCR反应器进口烟气温度为368℃。省煤器改造后在满足脱硝要求的同时，不影响锅炉整体性能[5,6]。

原螺旋鳍片省煤器结构图如图3所示，改造为H型鳍片省煤器结构示意图如图4所示。原有的进口、出口集箱位置不变，这样，省煤器进、出水管道可不作改动，减少脱硝改造的工作量。两级省煤器之间的净空为5340mm;设计时选取的烟气流速考虑了防止磨损和堵灰因素。

该工程脱硝改造时，末级空气预热器改为镀塘瓷管。因SCR反应器(包括催化剂)荷载的增加，设计时对土建基础、钢支架进行了校核计算，能够满足增加载荷的要求，不需要对下部钢支架进行补强处理。另外，脱硝系统改造增加了260Pa左右的阻力，引风机也能满足要求。

图3 原螺旋鳍片省煤器结构示意图图4 改造为H型鳍片省煤器结构示意图

4 结论

SNCR/SCR混合法脱硝能满足循环流化床锅炉NOx达标排放，脱硝效率大于72%，锅炉脱硝改造后在满足脱硝要求的同时，不影响锅炉整体性能。

把原光管省煤器或螺旋鳍片省煤器改为H型鳍片省煤器能拉出适当的空间布置SCR反应器，要求在设计煤种、BMCR工况下，SCR反应器进口烟气温度为370℃左右。H 型鳍片省煤器同时能有效防止受热面磨损和积灰，因此，可以在循环流化床锅炉烟气脱硝改造中予以推广。