一種超低氮氧化物排放的煤粉鍋爐的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃煤發電環保技術領域，具體涉及一種超低氮氧化物排放的煤粉鍋爐。
【背景技術】
[0002]隨著國家對環保的日益重視，火電廠的污染物排放控制越來越嚴格。根據《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》，中東部地區新建燃煤發電機組放要達到燃氣機組排放限值(50mg/m3)，超低排放將是未來燃煤電站發展的趨勢。
[0003]目前，煤粉鍋爐的脫硝方式主要采用低氮燃燒技術結合選擇性催化還原脫硝技術(SCR)或選擇性非催化還原脫硝技術(SNCR) ο選擇性非催化還原脫硝技術(SNCR)無需使用催化劑，對鍋爐本體改動少、成本低，但由于煤粉鍋爐中還原劑與NO混合均勻性差，反應時間短，脫硝效率僅為30?40%。只有循環流化床鍋爐上才能實現70?80%的脫硝效率，因此其在使用上受到了很大的限制。
[0004]選擇性催化還原脫硝技術(SCR)是目前煤粉鍋爐的主流脫硝技術，市場占有率超過95%，脫硝效率一般能達到80?90%，但其在使用中也存在一些問題:
[0005]⑴需要在鍋爐尾部煙道布置催化劑層，改造項目施工難度大，且催化劑層存在本體阻力、影響了機組的運行經濟性；
[0006]⑵催化劑有使用壽命，失活后需要定期更換，后續成本高，且失活脫硝催化劑難再生和處理，容易造成環境污染；
[0007]⑶采用氨作為還原劑后容易發生氨逃逸，由于催化劑會氧化生成三氧化硫，與氨反應粘附在受熱面上；
[0008]⑷脫硝反應需要使用氨基還原劑，運行成本高、有潛在的安全問題，且氨基還原劑在生產過程中本身就需要消耗大量的能量，對環境也存在污染。

【發明內容】

[0009]為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種超低氮氧化物排放的煤粉鍋爐，結構簡單、運行穩定，無需使用氨基還原劑即可完成脫硝反應，脫硝效率高、不增加運行成本，可用于現有煤粉鍋爐改造，也可用于新建煤粉鍋爐的設計。
[0010]為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0011]一種超低氮氧化物排放的煤粉鍋爐，包括爐膛1、鍋爐燃燒器2以及設置在爐膛I內的水冷壁受熱面3、屏式受熱面4和對流受熱面5 ；
[0012]所述鍋爐燃燒器2為帶有還原劑發生裝置的鍋爐燃燒器，能夠生成還原劑CO，使得NO和CO在鍋爐本身帶有的催化劑的催化作用下發生還原反應，實現煙氣脫硝；同時催化劑能夠促進煙氣中的CO與O2發生氧化反應生成CO2，從而降低鍋爐的可燃氣體未完全燃燒熱損失，提高鍋爐熱效率并使CO排放控制在允許范圍；煙氣中的NO與CO發生還原反應的主要反應方程式為2CO+2NO — N2+2C02，有效反應溫度區間為80°C?1400°C。
[0013]所述鍋爐燃燒器2包括低氮燃燒器LNB和燃盡風OFA，利用低氧和空氣深度分級燃燒不僅減少NO的原始生成量，而且在燃燒過程中產生CO還原劑，并利用燃盡風OFA調節還原劑CO與NO的摩爾比；
[0014]所述水冷壁受熱面3、屏式受熱面4和對流受熱面5表面的金屬氧化物經過活化處理，具有良好的催化性能，能夠促進煙氣中的CO與O2發生氧化反應生成CO 2，從而回收化學不完全損失q3，提高鍋爐熱效率并使CO排放控制在允許范圍；同時促進煙氣中的NO與CO等發生還原反應；
[0015]對于難燃煤種，為加強脫硝反應效率，沿煙氣流程方向的水冷壁受熱面3、屏式受熱面4和對流受熱面5上設置附著催化劑層A或在尾部煙道設置獨立催化劑層B ;
[0016]所述鍋爐排煙中氧濃度為O?4.5%，因此排煙熱損失較常規煤粉鍋爐低，鍋爐排煙熱損失為1%?4% ；
[0017]所述煤粉鍋爐通過控制燃燒總氧量和空氣深度分級燃燒，使鍋爐排煙熱損失％及灰渣未完全燃燒熱損失％之和最小，而常規煤粉鍋爐要求排煙熱損失q2、灰渣未完全燃燒熱損失q4及化學不完全燃燒熱損失q 3之和為最小；由于產生CO而形成的化學不完全燃燒熱損失％則通過在爐內的催化氧化形成0)2得以回收，從而提高鍋爐熱效率。
[0018]所述燃盡風OFA調節還原劑CO與NO的摩爾比的方法為:增加燃盡風OFA是位于低氮燃燒器LNB上部的一股單獨送入的熱風，增加燃盡風OFA的總風量可以降低還原劑CO與NO的摩爾比，減少燃盡風OFA的總風量可以增加還原劑CO與NO的摩爾比。
[0019]所述還原劑CO與NO的摩爾比為(0.5?6):1。
[0020]所述鍋爐燃燒器2生成的還原劑CO濃度為100?lOOOppm，鍋爐燃燒器2區域的過量空氣系數為0.5?0.8，爐膛I出口過量空氣系數為1.0?1.2。
[0021 ] 所述附著催化劑層A和獨立催化劑層B的表面溫度為200°C?1000°C。
[0022]所述附著催化劑層A和獨立催化劑層B為鐵、銅、鎳、錳、鈷、鈦、鋁或稀土金屬及其氧化物的多種混合物，根據反應溫度和布置位置的變化有所不同。
[0023]所述附著催化劑層A附著在爐內水冷壁受熱面3、屏式受熱面4和對流受熱面5的全部外表面或部分外表面。
[0024]所述附著催化劑層A采用噴涂、熔敷或堆焊方式附著，附著層厚度為0.1?5mm。
[0025]所述獨立催化劑層B采用板式催化或蜂窩催化劑，布置一層或多層。
[0026]本發明的核心內容是通過對爐膛燃燒工況的調整，即利用低氮燃燒器LNB深度空氣分級以減少NO的原始生成量，利用燃盡風OFA調節還原劑CO與NO的摩爾比，促使還原反應發生，在保證與氨法脫硝技術相近的脫硝效率同時，大幅度降低脫硝裝置成本和脫硝花費。
[0027]和現有技術相比較，本發明具備如下優點:
[0028]1、采用深度分級燃燒等方式，在爐膛中實現更低的氮排放，降低生成的煙氣NOx濃度。
[0029]2、采用CO替代NH3作為脫硝還原劑，避免了氨源的安全隱患，系統簡單，CO為燃燒產物、運行成本低廉。
[0030]3、采用附著催化劑層方式時可以不設置獨立催化劑床層，大幅度降低爐膛改造成本，高效利用有限的爐膛空間。
[0031]4、催化劑采用廉價金屬及其氧化物，大幅度降低催化劑成本。
[0032]5、催化劑不包含重金屬，廢棄后無處置問題。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明的實例I的布置示意圖。
[0034]圖2為本發明的實例2的布置示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0036]實施例1
[0037]如圖1所示的超低氮氧化物排放的煤粉鍋爐，包括爐膛1、帶有還原劑發生裝置的鍋爐燃燒器2