低氮燃燒器與脫硝改造整體經(jīng)濟(jì)性分析

1、低氮燃燒器與脫硝改造整體經(jīng)濟(jì)性分析摘要：張家口發(fā)電廠對(duì)3號(hào)鍋爐采用低氮燃燒器與SCR聯(lián)合脫硝方式改造后，燃燒器降低了NOx的總生成量的6070%,SCR二次脫硝使鍋爐氮氧化物排放量達(dá)到100mg/Nm3以下。聯(lián)合脫硝方式大大降低了SCR的安裝及運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)其它同類機(jī)組脫硝工程具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：鍋爐聯(lián)合脫硝低氮燃燒器SCR經(jīng)濟(jì)性EconomicAnalysisofUnitedDenitrationwithLow-NOxBurnersandSCRonZhangjiakouPowerPlantJIABingluLIUJichengYUANYanweiDatangInternationalP

2、owerGenerationCo.,Ltd.ZhangjiakouPowerPlantZhangjiakou,075133,ChinaAbstract:WiththeadoptingoflowNOxburnersandSCRcombineddenitrationmethodonthethreeboilerofZhangjiakouPowerPlant,theburnerreducesthequantityoftheNOxwith6070%,theSCRtwicedenitrationmaketheNOxemissionsbelowto100mg/Nm3.Theapproachingofcomb

3、ineddenitrificationgreatlyreducestheSCRinstallationandoperatingcosts,hasacertainreferencevaluetoothersimilarunitsdenitrationproject.Keywords:Boiler;Uniteddenitration;Low-NOxburner;SCR;Economy中圖分類號(hào)：TK227文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-9082(2015)05-0318-03引言在一定條件下NOx和碳?xì)浠衔镆黄鹦纬晒饣瘜W(xué)煙霧破壞大氣層，嚴(yán)重危害人類健康；另一方面NOx又是形成酸雨的主要因素之一

4、，同時(shí)參與破壞臭氧層。因此降低NOx的排放量是當(dāng)前亟待解決的重要問題之一。國家環(huán)保部新修訂的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氮氧化物排放限值進(jìn)行了從嚴(yán)規(guī)定，新標(biāo)準(zhǔn)要求2014年7月之前煤粉鍋爐氮氧化物排放量小于100mg/Nm3,發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)成本面臨更嚴(yán)峻的考驗(yàn)。機(jī)組尾部煙氣脫硝方式SCR在降低煙氣NOx含量的同時(shí)，高昂的脫硝運(yùn)行費(fèi)用又使發(fā)電企業(yè)不堪重負(fù)。于是，如何減少鍋爐爐膛內(nèi)NOx生成量，從而降低SCR脫硝運(yùn)行成本成為研究的新課題。低氮燃燒器能大大降低爐內(nèi)NOx的生成，燃燒器改造逐漸成為火力發(fā)電企業(yè)降低煙氣NOx含量的重點(diǎn)改造之一。在今后火力發(fā)電機(jī)組的脫硝改造中，“先降后脫”的聯(lián)合脫硝方式必然是

5、大勢所趨。一、改造前鍋爐參數(shù)張家口發(fā)電廠3號(hào)鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的亞臨界、中間再熱、燃煤自然循環(huán)汽包爐，鍋爐型號(hào)為DG1025/18.2-II4。制粉系統(tǒng)為正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配備6臺(tái)HP803型磨煤機(jī)。燃燒器為東鍋生產(chǎn)設(shè)計(jì)的四角切圓直流式，在爐膛中心形成700與500的兩個(gè)假想切圓。燃燒器每角分上、中、下三組，上中下三組可同時(shí)擺動(dòng)或單組擺動(dòng)，每組由3層二次風(fēng)噴口和2層一次風(fēng)噴口組成。一次風(fēng)和二次風(fēng)間隔布置，每一組的中間層二次風(fēng)噴口內(nèi)裝有一只油槍。第1層燃燒器改造為HRPFQK-159-I型組合式油燃燒裝置（小油槍）。改造前鍋爐省煤器由口處NOx含量為900mg/Nm3左右，三個(gè)負(fù)荷

6、工況（300MW、240MW、150MW）實(shí)測鍋爐熱效率分別為：91.93%、92.55%、92.04%;按設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)排煙溫度進(jìn)行修正后，計(jì)算得到修正后的鍋爐熱效率分別為：92.30%、92.96%、92.16%,總的來講三個(gè)負(fù)荷工況鍋爐熱效率相差不大。修正后的排煙溫度在三個(gè)負(fù)荷工況下實(shí)測數(shù)據(jù)為141.3C、133.6C和119.6C。根據(jù)張家口發(fā)電廠脫硝改造的可研數(shù)據(jù)分析，每年尿素、除鹽水、脫硝系統(tǒng)用電投入的費(fèi)用分別為1081.08萬元、3.6萬元、495萬元，合計(jì)每年運(yùn)行成本為1579.68萬元。二、改造方案介紹1 .燃盡風(fēng)燃燒器在改造后主燃燒器上層一次風(fēng)噴口上方約6米處布置4層分離S

7、OFA燃燒器，分配足量的燃盡風(fēng)量（總風(fēng)量的20%30%）,SOFA噴口可同時(shí)做上下左右擺動(dòng)。燃盡風(fēng)量的作用是將煙氣中的可燃物（飛灰可燃物、CO等）完全燃盡。2 .一次風(fēng)濃淡分離一次風(fēng)室主要由一次風(fēng)噴嘴體、一次風(fēng)噴嘴等組成，一次風(fēng)噴嘴體安裝在前后安裝板上，一次風(fēng)噴嘴安裝在一次風(fēng)噴嘴體上。除小油槍外，一次風(fēng)噴口設(shè)計(jì)為上下濃淡分離形式，中間加裝了較大的穩(wěn)燃鈍體，濃淡燃燒除可降低NOx外，還可對(duì)煤粉穩(wěn)燃、提前著火有積極作用，同時(shí)鈍體能優(yōu)先增加卷吸的高溫?zé)煔饬?，進(jìn)一步強(qiáng)化穩(wěn)燃。在主燃燒器區(qū)域形成多個(gè)節(jié)點(diǎn)功能區(qū)（如圖1所示），作為節(jié)點(diǎn)功能區(qū)的將相鄰兩層一次風(fēng)噴口下層一次風(fēng)設(shè)計(jì)為上濃下淡燃燒器噴口，上層一次

8、風(fēng)布置為下濃上淡一次風(fēng)噴口，兩層一次風(fēng)噴口中間的二次風(fēng)小角度與一次風(fēng)射流偏置，同時(shí)布置貼壁風(fēng)噴口。這樣的噴口組合，同時(shí)具有穩(wěn)燃、降低NOx的雙重作用，將中間二次風(fēng)和貼壁風(fēng)風(fēng)門開大，可實(shí)現(xiàn)NOx和飛灰可燃物同時(shí)降低。3 .貼壁風(fēng)在節(jié)點(diǎn)二次風(fēng)噴口增加雙尺度燃燒技術(shù)特有的附壁射流的貼壁風(fēng)噴口，向水冷壁表面補(bǔ)充氧氣，能有效提高近壁區(qū)域的氧化性氣氛，提高灰熔點(diǎn)，大大緩解爐膛的結(jié)渣。同時(shí)，作為水平斷面分級(jí)燃燒中后期摻混的一部分，貼壁風(fēng)可作為控制爐內(nèi)NOx的生成的有效手段。4.降氮原理眾所周知，NOx生成主要有三種類型，燃料型、熱力型及快速型三種，燃料型NOx約占總NOx的80-90%,是各種低NOx技術(shù)控

9、制的主要對(duì)象。其次是熱力型，主要是由于爐內(nèi)局部高溫造成，降低燃料型NOx時(shí)，通過控制爐溫水平加以控制，快速型NOx生成量很少。燃燒器設(shè)計(jì)時(shí)，把原來的中、上兩層燃燒器下移，在主燃燒器上方約6米處增加了4層燃盡風(fēng)燃燒器，這樣燃燒器改造后沿高度方向從下至上形成三大區(qū)域，分別為氧化還原區(qū)、主還原區(qū)、燃盡區(qū)。由于實(shí)現(xiàn)縱向空氣分級(jí)，相對(duì)地燃燒器區(qū)域有所擴(kuò)大，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷降低，爐內(nèi)溫度峰值降低，可以減少或消除熱力型NOx產(chǎn)生。在鍋爐運(yùn)行過程中，主燃燒器區(qū)域輸入的空氣量占總風(fēng)量的70%80%,該區(qū)域處于缺氧燃燒狀態(tài)，有效抑制了燃料型NOx的生成。三、脫銷改造簡介4 .技術(shù)簡介我廠3號(hào)鍋爐脫銷改造工程于20

10、11年3月份開工建設(shè)，現(xiàn)在主體工程已經(jīng)完成。采用的脫銷方式為選擇性催化還原脫銷（SCR）,煙氣在鍋爐省煤器由口處被平均分為兩路，每路煙氣經(jīng)過垂直上升的煙道后水平接入垂直布置的SCR反應(yīng)器，經(jīng)過均流器后進(jìn)入催化劑層，每臺(tái)鍋爐配有二個(gè)SCR反應(yīng)器，經(jīng)過脫硝以后的煙氣經(jīng)水平煙道接入空預(yù)器入口煙道，然后經(jīng)空預(yù)器、除塵器、引風(fēng)機(jī)和脫硫裝置后，排入煙囪。在進(jìn)入煙氣催化劑前設(shè)有氨注入的系統(tǒng)，煙氣與氨氣充分混合后進(jìn)入催化劑反應(yīng)，脫去NOxo（見圖2）5 .設(shè)計(jì)參數(shù)脫硝裝置進(jìn)口煙氣流量：2X650000Nm3/h脫硝裝置進(jìn)口煙氣溫度：346C（實(shí)際測量值）脫硝裝置入口灰分濃度：63g/Nm3（干標(biāo)煙氣量6%O2

11、）脫硝效率：SCR脫硝效率不小于80%;（說明：原排放濃度900mg/Nm3,燃燒器改造后省煤器由口按照450mg/Nm3,SCR脫硝效率2層80%,SCR由口至U90mg/Nm3,滿足低于100mg/Nm3的要求）氨的逃逸率：小于2.5mg/m3（6%O2）SO2/SO3轉(zhuǎn)化率：小于1%脫硝系統(tǒng)本體壓降：不大于1000Pa催化劑壽命：化學(xué)使用壽命A24000h;機(jī)械使用壽命A50000h催化劑層數(shù)：共3層，其中1層作為備用反應(yīng)器中煙氣流速：46m/sSCR運(yùn)行負(fù)荷范圍：40%ECR100%BMCR。6 .改造成本計(jì)算張家口發(fā)電廠為降低NOx排放量，響應(yīng)國家“十二五”環(huán)保規(guī)劃的號(hào)召，在2011

12、年2015年間將投資建設(shè)張家口發(fā)電廠1-8號(hào)共8臺(tái)機(jī)組的煙氣脫硝系統(tǒng)。本項(xiàng)目是改造工程，投資主要包括建設(shè)成本、運(yùn)行成本、維護(hù)檢修費(fèi)用及一個(gè)大修周期內(nèi)的檢修費(fèi)用。6.1 建設(shè)成本單臺(tái)爐脫硝系統(tǒng)建設(shè)成本單位：萬元6.2 運(yùn)行成本張家口發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)采用尿素作為脫硝還原劑。根據(jù)華北電力設(shè)計(jì)院的脫硝設(shè)計(jì)，低氮燃燒器改造后SCR入口NOx濃度為450mg/Nm3,SCR的脫硝效率為80%鍋爐BMCR工況下煙氣量為1300000Nm3/h,每年運(yùn)行時(shí)間為5500小時(shí),消耗尿素與減少NOx的比例為0.7:1。經(jīng)計(jì)算可以得由單臺(tái)爐每年需要尿素的量約為1802噸。除鹽水與尿素制備成溶液的比例約為1:1,則每年需

13、要除鹽水的量約為1802噸。脫硝系統(tǒng)的電氣設(shè)備功率約為900kw,每年耗電量約為4950000kwh。單位：萬元6.3 未來5年的日常維護(hù)修理費(fèi)用主要是脫硝系統(tǒng)的人員維護(hù)費(fèi)用和脫硝系統(tǒng)設(shè)備的易損件更換等費(fèi)用。單位：萬元6.4 未來5年的檢修費(fèi)用根據(jù)脫硝催化劑的性質(zhì)，為保證脫硝效率，運(yùn)行2年半后，需起用反應(yīng)器預(yù)留層，加裝一層催化劑，加裝量約為200m3。運(yùn)行5年后，按要求，對(duì)第一層催化劑進(jìn)行更換，更換量為200m3。另需部分費(fèi)用對(duì)更換下的催化劑進(jìn)行重生或丟棄處理。5年運(yùn)行隨機(jī)組進(jìn)行大修時(shí)，需對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行檢修，同時(shí)部分設(shè)備進(jìn)行更換，需檢修設(shè)備主要有低氮燃燒器、燃盡風(fēng)箱、SCR的煙道及殼體治漏、蒸

14、汽吹灰器等，需更換的設(shè)備包括燃燒器一次風(fēng)噴口、SCR煙道導(dǎo)流板、入口煙氣擋板、蓄熱元件、吸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子等，此外因反應(yīng)器預(yù)留層的投運(yùn)，還需加裝6臺(tái)聲波吹灰器和4臺(tái)蒸汽吹灰器。單位：萬元根據(jù)以上成本核算，總計(jì)每臺(tái)機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)改造在5年內(nèi)的投資總金額如下：單位：萬元由此，可得由在5年內(nèi)單臺(tái)機(jī)組脫硝投資的總費(fèi)用為18287萬元，每千瓦投資為609.6元，即609.6元/kwh。四、改造前后的運(yùn)行效果對(duì)比分析為驗(yàn)證是否已經(jīng)達(dá)到本次燃燒器改造的目的，機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行后，本廠對(duì)鍋爐省煤器由口處NOx含量進(jìn)行測試，測試結(jié)果如下：（標(biāo)態(tài)、O2含量6%）表1燃燒器改造后煙氣NOx含量根據(jù)表1,改造后SCR入口NOx濃

15、度以230mg/Nm3計(jì)°T=AxBxBxtx丫=230mg/Nm380%1300000Nm3/h<5500hX0.7=921.92噸式中：T為每年需要尿素用量；A為SCR入口NOx濃度；B為SCR的脫硝效率；B為BMCR工況下的煙氣量；t為每年運(yùn)行時(shí)間；丫為消耗尿素與減少NOx的比例。經(jīng)計(jì)算得由單臺(tái)爐每年需要尿素的量約為921.92噸，尿素價(jià)格按0.3萬元/噸計(jì)算。S=921.92噸X0.3萬元/噸=276.6萬元低氮燃燒器改造前每年使用尿素投入的費(fèi)用為1081.1萬元，改造后每年僅僅尿素一項(xiàng)就減少投入費(fèi)用804.5萬元。并且在低氮燃燒器改造前，脫銷催化劑投入兩層無法達(dá)到國家

16、環(huán)保部對(duì)NOx排放量的要求，還需增加催化劑的投入數(shù)量，從而增加SCR的建設(shè)成本及催化劑的投入成本。從大修后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看由，3號(hào)鍋爐完成低氮燃燒器改造后，NOx的排放量由原來的900mg/Nm3左右降低了6070%;大修后修正后的鍋爐熱效率分別為92.47%、91.93%和92.46%,總體來說熱效率略有提升，其中修正后的排煙溫度分別由大修前的141.3C、133.6C和119.6C降至大修后的128.8C、115.2C和108.0C。另外從機(jī)組其它各項(xiàng)的運(yùn)行參數(shù)可以看由，機(jī)組運(yùn)行的性能有所改善。五、結(jié)論通過采用低氮燃燒器與SCR聯(lián)合脫硝方式，降低了SCR的建設(shè)費(fèi)用，并且在檢修及維護(hù)方面減少了工作量。燃燒器改造后大大降低了NOx的生成量，減少了SCR運(yùn)行成本，不但改善了張家口地區(qū)的空氣質(zhì)量，還節(jié)約了排污費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙豐收，同時(shí)為我國“十二五”期間節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做由積極地貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223-2011).2樊泉桂，閻維平，閆順林，等.鍋爐原理M.北京：中國電力由版社，2008.3李青，潘焰平，宋淑娜.火力發(fā)電廠節(jié)能減排手冊(cè)M.北京：中國電力由版社，2010.4徐旭常，毛健雄，曾瑞良，等.燃燒理論與燃燒設(shè)備M.北京：機(jī)械工業(yè)由版社，1990.5黃新元.電