循环流化床锅炉低氮燃烧与SNCR脱硝耦合技术研究

摘要

为满足超低排放标准,燃煤循环流化床锅炉积极开展低氮燃烧改造工作.由于旋风分离器具有适于SNCR脱硝反应的显著特点,因此SNCR脱硝技术依旧是循环流化床锅炉低氮改造后烟气脱硝的首选技术.低氮改造中采用过度空气分级技术可以有效控制炉内NOx的生成量,但也造成了煤炭燃烧效率显著下降.另外,炉膛出口温度一般在900℃左右,导致旋风分离器处SNCR脱硝反应不在最佳温度区(950℃).为保证NOx排放浓度在50mg/Nm3以下,实际运行中往往采取过量喷氨的方法以提高SNCR脱硝效率,但也造成氨逃逸量超标. 针对此问题,本文以一台75t/h循环流化床锅炉为研究对象,开展低氮燃烧与SNCR脱硝耦合技术研究.提出在炉膛水冷壁敷设绝热材料改变炉膛内燃烧特性的方法,在尽量少增加NOx原始排放浓度的前提下,以提高炉膛出口烟气温度,不仅可以提高煤炭的燃烧效率,而且改善旋风分离器处SNCR脱硝反应活性,使还原剂在旋风分离器处与烟气中NOx充分反应,有效解决氨逃逸量超标问题. 基于欧拉-欧拉方法建立描述循环流化床锅炉气固流动与燃烧反应的三维数理模型,模拟循环流化床锅炉流场、温度场以及组分场分布,同时引入污染物生成与脱除模型分析炉内NOx的生成与还原特性,为后续SNCR脱硝数值计算提供基础.模拟结果表明,温度分布沿高度方向先增加后降低,在13.2m处达到最高温度为936℃;在底部密相区,随挥发份的析出,可燃气体组分以及NOx均在上二次风口附近达到最大值,反应速率图表明,焦炭还原反应速率高于CO还原反应速率一个量级,认为炉内NOx主要消耗途径为焦炭还原反应. 根据炉内温度分布特征,以温降点以上高度作为绝热材料布置的目标区域,通过数值模拟的方法研究不同绝热材料布置面积下,锅炉出口烟气温度与NOx浓度变化情况.结果表明,炉膛内布置卫燃带后炉内全场温度得到了提升,炉内温度最高点因卫燃带布置面积增加而上移;当卫燃带布置面积达到69.6m2时,炉膛出口烟气温度增加23℃,炉膛出口烟气NO体积浓度增加48.8ppm. 对旋风分离器部分建模,研究喷嘴位置、喷射速度、雾化粒径以及氨氮摩尔比对脱硝效率与氨泄漏量的影响,得到最佳运行参数.在此基础上,基于不同入口烟气条件,研究绝热材料布置面积对旋风分离器出口NOx排放浓度和氨逃逸量影响.结果表明,当绝热材料布置面积为41.76m2时,喷射速度为10m/s、雾化粒径为0.2mm、氨氮摩尔比为1.5,一号和二号旋风分离器处的脱硝效率分别为77.67%、76.49%,出口烟气NOx质量浓度可达到50mg/Nm3以下,与未布置卫燃带的情况相比,氨逃逸量分别降低43.6%、48.4%,逃逸浓度折算值均低于8mg/Nm3,满足国家工程技术标准.

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