大唐多伦5×420th煤粉炉烟气脱硝改造方案-徐州燃控

大唐多伦5×420t/h煤粉炉低氮燃烧器改造方案徐州燃控科技股份有限公司2012年5月大唐多伦5×420t/h煤粉炉烟气脱硝改造方案批准:审核：编制：大唐多伦5×420t/h煤粉炉烟气脱硝改造方案目录1概述.............................................................41.1项目概况....................................................41.2脱硝工程建设的必要性........................................41.3主要设计原则................................错误!未定义书签。2工程概况及现状分析...............................................42.1厂址概述....................................................42.2气象环境....................................................52.3电厂主要设备情况............................................52.4脱硝设计参数................................................63建设条件.........................................错误!未定义书签。3.1还原剂......................................错误!未定义书签。3.2脱硝副产物的处理及综合利用条件..............错误!未定义书签。3.3脱硝场地条件................................错误!未定义书签。3.4脱硝用电、水、汽、气条件....................错误!未定义书签。4烟气脱硝工艺的选择...............................错误!未定义书签。4.1NOx的产生机理和危害性.......................错误!未定义书签。4.2主要NOx控制技术............................错误!未定义书签。4.3本工程脱硝工艺方案的选择....................错误!未定义书签。4.4本工程改造的难点............................错误!未定义书签。5工程方案设计.....................................错误!未定义书签。5.1设计条件和性能指标..........................错误!未定义书签。5.2SCR脱硝改造.................................错误!未定义书签。6环境保护与节约能源.............................................166.1环境与社会效益..............................错误!未定义书签。6.2节约能源....................................错误!未定义书签。7工程造价分析....................................................168附图............................................错误!未定义书签。大唐多伦5×420t/h煤粉炉烟气脱硝改造方案41概述1.1项目概况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，其产大唐多伦5×420t/h煤粉炉烟气脱硝改造方案5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0.05g2.3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。参数数值单位额定蒸发量：420t/h过热蒸汽压力：9.8MPa过热蒸汽温度：540℃再热蒸汽流量：/t/h再热蒸汽进口压力：/MPa再热蒸汽进口温度：/℃再热蒸汽出口压力：/MPa再热蒸汽出口温度：/℃给水温度：150℃大唐多伦5×420t/h煤粉炉烟气脱硝改造方案6参数数值单位锅炉效率：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煤质参数名称符号单位协议煤种现行煤种碳(应用基)Car%39.7134.85氢(应用基)Har%2.592.32氧(应用基)Oar%10.797.96氮(应用基)Nar%0.620.3硫(应用基)Sar%11.36灰(应用基)Aar%11.2213.51水(应用基)Mad%34.139.7水(分析基)Mar%19.569.7挥发份(可燃基)Vdaf%低位发热值Qnet.arkJ/kg3418.842879.43可磨性指数KKK0.82.4.2烟气参数1)脱硝烟气流量和成分项目单位脱硝装置设计值备注烟气流量(BMCR，标、湿、实际氧)kg/s201.753kg/s空预器核算参数大唐多伦5×420t/h煤粉炉烟气脱硝改造方案7项目单位脱硝装置设计值备注烟气流量(BMCR，实际态、湿、实际氧)m3/h1633414估算烟气流量(BMCR，标、湿、实际氧)Nm3/h562044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)Nm3/h490664估算烟气压力（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）项目单位设计值备注烟尘浓度g/Nm333实测改造前锅炉排放NOxmg/Nm3829实测低氮燃烧器改造后NOxmg/Nm3300预期SCR装置入口NOx设计值mg/Nm3350Cl(HCl)mg/Nm380估算F(HF)mg/Nm330估算SO2mg/Nm33682实测SO3mg/Nm360估算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。大唐多伦5×420t/h煤粉炉烟气脱硝改造方案85.3.2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：发明专利ZL201010595101.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ZL201020604173.1内摆式二次风喷口ZL201020667842.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：大唐多伦5×420t/h煤粉炉烟气脱硝改造方案9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