一种循环流化床锅炉受热面积灰和NOx协同控制的方法及系统与流程

本发明属于固体燃料燃烧利用技术领域，特别涉及一种循环流化床锅炉受热面积灰和nox协同控制的方法及系统。

背景技术：

准东煤中高含量的碱金属(主要为na)容易引起燃烧设备严重的积灰沾污问题，极大的限制了准东煤的安全高效利用，致使大量煤炭资源不能很好有效的利用，造成了资源的浪费。此外，生物质也是一种碱金属(主要为k)含量较高的燃料，被认为是“co2零排放”的清洁可再生能源，其开发和利用对缓解能源供应紧张和温室气体的减排等具有重要意义。中国生物质能蕴含丰富，每年产量高达数亿吨标准煤，对于减少煤的供应以及确保能源供应安全具有巨大的潜力；然而，生物质燃料中碱金属和氯元素含量较高，极易造成燃烧设备受热面积灰沾污问题，严重威胁燃烧设备安全运行和经济性。

循环流化床(cfb)是准东煤和生物质等高碱燃料燃烧利用的主要设备之一，在不采取脱硝措施的情况下，氮氧化物(nox)排放量较高，远超最新国家环保标准(100mg/m3)。可见对于燃用高碱燃料循环流化床产生的氮氧化物的处理已经迫不容缓，但由于循环流化床锅炉尤其是燃用生物质的装机容量一般远小于燃煤发电锅炉，如果采用选择性催化还原法(scr)脱除氮氧化物时，投资成本较高，收益较小，所以目前主要是利用非催化还原法(sncr)向炉膛喷入尿素等溶液对氮氧化物进行脱除。

目前，sncr脱硝方法主要里是向炉膛内喷入尿素，通过高温下尿素分解产生的nh3与烟气中nox发生作用，将nox还原成n2从而达到nox脱除目的。事实上，除了尿素以外，磷酸铵和磷酸二氢铵在高温下也会发生分解释放nh3，达到nox脱除目的。与此同时，高温下磷酸铵和磷酸二氢铵还会与燃料中碱金属(na和k)发生反应，抑制烟气中碱金属蒸气的产生，缓解因碱金属蒸气引起的初始积灰层及后续积灰的形成，并降低沉积物物中碱金属氯化物及氯元素的存在，对防止受热面的积灰和腐蚀有显著效果。

公告号为cn101198679b的中国专利申请公开了一种防止锅炉的热传递表面沉积氯的方法，主要是向锅炉过热器区域内喷入硫酸铁、硫酸铝等溶液，防止沉积物中氯的产生，从而减缓受热面的结焦腐蚀。国际专利申请wo02/059526a1公开了一种在燃烧过程中捕捉碱金属控制燃烧受热面结焦腐蚀的方法，主要是向炉膛中喷入硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸亚铁或硫酸中某种含硫化合物。上述文件公开的技术方案，虽然在控制由生物质燃料中碱金属和氯引起的结焦腐蚀有比较明显的效果，但该技术方案运用的同时需要配备nox处理装置，否则nox排放无法达到排放标准，影响设备的投放运行；然而，配备nox处理装置会增加投资成本及系统的复杂性。

公告号为cn103752160a的中国专利申请公开了一种实现循环流化床锅炉nox超低排放的方法，通过在循环流化床锅炉中喷入氨水和氢气来与循环流化床烟气中的nox发生选择性非催化还原反应，实现nox超低排放。公告号为cn104307338a的中国专利申请公开了一种尿素sncr系统，主要是在锅炉烟道或旋风筒分离器中喷入尿素，保证尿素高温释放的氨与烟气中nox经强烈扰动达到充分混合，提高nox的非催化还原效率，降低nox排放。公告号为cn105276598a的中国专利公开了一种同时控制生物质cfb锅炉受热面结焦腐蚀和nox排放的方法，主要是通过向锅炉中喷入可控比例的硫酸铵和硫酸氢铵溶液，实现生物质cfb锅炉的低nox排放，同时起到缓解生物质循环流化床锅炉受热面结焦和腐蚀问题；但该方法中由于喷入的硫酸铵或者硫酸氢铵溶液，高温下会产生大量的so2，后续可能需要进一步配备so2处理装置，否则so2排放无法达到排放标准，影响设备的投放运行。

综上，亟需一种新的循环流化床锅炉受热面积灰和nox协同控制的方法及系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种循环流化床锅炉受热面积灰和nox协同控制的方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够实现高碱燃料循环流化床锅炉燃烧过程中脱硝以及碱金属协同捕捉，降低投资成本，提升设备的运行时间和效率。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种循环流化床锅炉受热面积灰和nox协同控制的方法，包括以下步骤：

步骤1，对待送入循环流化床锅炉的炉膛中的燃料进行分析，获得燃料中氮与可溶性碱金属的摩尔比值，获得单位燃料中氮元素及可溶性碱金属元素的质量含量；

步骤2，根据循环流化床的给料量，以及步骤1获得的摩尔比值和质量含量，控制磷酸二氢铵溶液和磷酸铵溶液按预定比例喷入到炉膛中；

步骤3，检测锅炉出口的nox排放浓度，反馈；根据反馈结果，二次控制磷酸二氢铵溶液和磷酸铵溶液的喷入比例，实现循环流化床锅炉受热面积灰和nox协同控制。

本发明的进一步改进在于，步骤2具体包括：

燃料中氮与可溶性碱金属的摩尔比值y≥1.5时，仅控制磷酸铵溶液喷入；其中，喷入磷酸铵溶液中氮与炉膛中燃料的氮摩尔比为0.6：1。

本发明的进一步改进在于，步骤2具体包括：

燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y≤0.5时，仅控制磷酸二氢铵溶液喷入；其中，喷入磷酸二氢铵溶液中磷与炉膛中燃料的可溶性碱金属摩尔比为3:1。

本发明的进一步改进在于，步骤2具体包括：

燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y为0.5＜y＜1.5时，同时控制喷入磷酸铵溶液和磷酸二氢铵溶液；其中，喷入溶液中的氮与磷元素摩尔比值与燃料中的氮与可溶性碱金属摩尔比值之比为2：3；喷入溶液中的氮与燃料中的氮摩尔比值为0.6：1。

本发明的进一步改进在于，步骤3具体包括：

通过在锅炉出口布置nox传感器对nox排放浓度进行在线检测；通过数据线将检测信号反馈输入控制系统进行分析；其中，当nox排放超过排放要求100mg/m3时，加大磷酸铵溶液的喷入比例。

本发明的进一步改进在于，步骤1中，待送入循环流化床锅炉的炉膛中的燃料为准东煤和生物质。

本发明的进一步改进在于，步骤2和步骤3中，喷入溶液喷至炉膛中心位置。

本发明的一种循环流化床锅炉受热面积灰和nox协同控制的系统，用于实现本发明的方法，包括：

喷枪，用于固定设置于循环流化床锅炉的炉膛内；所述喷枪的进口设置有磷酸二氢铵溶液输入管道、磷酸铵溶液输入管道，所述磷酸二氢铵溶液输入管道、磷酸铵溶液输入管道分别设置有磷酸二氢铵溶液控制作用阀、磷酸铵溶液控制作用阀；

控制系统，用于根据循环流化床的给料量，以及燃料中氮与可溶性碱金属的摩尔比值，单位燃料中氮元素及可溶性碱金属元素的质量含量，输出磷酸二氢铵溶液和磷酸铵溶液喷入的预定比例；其中，所述控制系统的信号输出端分别与磷酸二氢铵溶液控制作用阀和磷酸铵溶液控制作用阀的信号输入端相连接；

nox传感器，用于检测锅炉出口的nox排放浓度，反馈；其中，nox传感器的信号输出端通过nox浓度信号传输线与控制系统的信号输入端相连接。

进一步地，控制系统中，

燃料中氮与可溶性碱金属的摩尔比值y≥1.5时，仅控制磷酸铵溶液喷入；其中，喷入磷酸铵溶液中氮与炉膛中燃料的氮摩尔比为0.6：1；

燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y≤0.5时，仅控制磷酸二氢铵溶液喷入；其中，喷入磷酸二氢铵溶液中磷与炉膛中燃料的可溶性碱金属摩尔比为3:1；

燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y为0.5＜y＜1.5时，同时控制喷入磷酸铵溶液和磷酸二氢铵溶液；其中，喷入溶液中的氮与磷元素摩尔比值与燃料中的氮与可溶性碱金属摩尔比值之比为2：3；喷入溶液中的氮与燃料中的氮摩尔比值为0.6：1。

进一步地，所述喷枪的出口能够将溶液喷至炉膛中心位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明能够实现高碱燃料循环流化床锅炉燃烧过程中脱硝以及碱金属协同捕捉，降低投资成本，提升设备的运行时间和效率。本发明通过向高碱燃料循环流化床炉膛中喷入可控比例的磷酸二氢铵或磷酸铵溶液，能够起到缓解高碱燃料循环流化床锅炉受热面因碱金属引起的积灰问题的同时，实现低nox排放，达到国家排放标准。

本发明中，针对不同氮与可溶性碱金属摩尔比值的高碱燃料，控制喷入一定比例的氮与可溶性碱金属溶液，释放出nh3气体，可保证烟气中nox的脱除；同时，根据锅炉出口nox排放浓度进行反馈，深度调节控制磷酸铵喷入量。此外，溶液中磷酸盐也会与燃料中碱金属发生反应，抑制烟气中含碱金属蒸气的形成，缓解因碱金属蒸气引起的积灰初始层的形成以及后续积灰的生长，达到nox的低排放效果，并防止高碱燃料循环流化床受热面的积灰沾污问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种循环流化床锅炉受热面积灰和nox协同控制的系统的结构示意图；

图1中，1、磷酸二氢铵溶液控制作用阀；2、控制系统；3、磷酸铵溶液控制作用阀；4、喷枪；5、nox浓度信号传输线；6、转向室；7、nox传感器；8、旋风筒分离器；9、炉膛。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明实施例的一种高碱燃料循环流化床锅炉受热面积灰和nox协同控制的方法，包括以下步骤：

1)燃料元素分析：对送入循环流化床锅炉的炉膛中的高碱燃料进行分析，获得燃料中氮含量以及可溶性碱金属含量，并在控制系统中输入燃料中氮与可溶性碱金属的摩尔比值、单位燃料中氮元素和可溶性碱金属元素的质量含量；

2)确定喷入的溶液及喷入剂量：根据燃料中氮与可溶性碱金属的摩尔比值及循环流化床的高碱燃料给料量，控制系统输出信号并控制磷酸铵溶液控制作用阀和磷酸二氢铵溶液控制作用阀动作，保证磷酸铵溶液和磷酸二氢铵溶液按一定比例喷入到炉膛内。

本发明实施例的步骤2)中，

当燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y≥1.5时，此时控制系统仅控制了磷酸铵溶液控制作用阀动作，并保证喷入磷酸铵溶液中氮与炉膛中燃料的氮摩尔比为0.6：1；

当燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y≤0.5时，此时控制系统仅控制磷酸二氢铵铵溶液控制作用阀动作，并保证喷入磷酸二氢铵溶液中磷与炉膛中燃料的可溶性碱金属摩尔比为3:1；

而当燃料中氮与可溶性碱金属比值为：0.5＜x＜1.5时，此时控制系统同时控制磷酸铵和磷酸二氢铵溶液作用阀动作，通过控制磷酸铵和磷酸二氢铵溶液的喷入比例保证喷入溶液中氮与磷元素摩尔比值与燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值之比为2：3，且此时喷入溶液中氮与燃料中氮摩尔比为0.6：1。

3)通过在锅炉出口安装nox传感器对nox排放浓度进行实时在线检测，并通过数据线将检测信号反馈输入控制系统进行分析，当nox排放超过国家排放要求100mg/m3时，深度通过控制磷酸铵溶液作用阀动作，进一步喷入适量的磷酸铵溶液，保证nox排放浓度满足标准。

本发明实施例中，所述燃料为高碱燃料，主要包括准东煤和生物质。

本发明实施例的方法，通过向高碱燃料循环流化床锅炉炉膛中喷入磷酸铵和磷酸二氢铵溶液，针对不同氮与可溶性碱金属摩尔比值的高碱燃料，通入控制喷入一定比例的氮与可溶性碱金属溶液，释放出nh3气体，保证了烟气中nox的脱除，同时根据锅炉出口nox排放浓度进行反馈，深度调节控制磷酸铵喷入量。此外，溶液中磷酸盐也会与燃料中碱金属发生反应，抑制烟气中含碱金属蒸气的形成，缓解因碱金属蒸气引起的积灰初始层的形成以及后续积灰的生长，达到nox的低排放效果，并防止高碱燃料循环流化床受热面的积灰沾污问题。

请参阅图1，本发明实施例的一种高碱燃料循环流化床锅炉受热面积灰和nox协同控制的系统，包括：

喷枪4，用于固定设置于循环流化床锅炉的炉膛9内；所述喷枪的进口设置有磷酸二氢铵溶液输入管道、磷酸铵溶液输入管道，所述磷酸二氢铵溶液输入管道、磷酸铵溶液输入管道分别设置有磷酸二氢铵溶液控制作用阀1、磷酸铵溶液控制作用阀3；

控制系统2，用于根据循环流化床的给料量，以及燃料中氮与可溶性碱金属的摩尔比值，单位燃料中氮元素及可溶性碱金属元素的质量含量，输出磷酸二氢铵溶液和磷酸铵溶液喷入的预定比例；其中，所述控制系统的信号输出端分别与磷酸二氢铵溶液控制作用阀和磷酸铵溶液控制作用阀的信号输入端相连接；

nox传感器7，用于检测锅炉出口的nox排放浓度，反馈；其中，nox传感器的信号输出端通过nox浓度信号传输线5与控制系统的信号输入端相连接。

本发明实施例的控制系统中，

燃料中氮与可溶性碱金属的摩尔比值y≥1.5时，仅控制磷酸铵溶液喷入；其中，喷入磷酸铵溶液中氮与炉膛中燃料的氮摩尔比为0.6：1；

燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y≤0.5时，仅控制磷酸二氢铵溶液喷入；其中，喷入磷酸二氢铵溶液中磷与炉膛中燃料的可溶性碱金属摩尔比为3:1；

燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y为0.5＜y＜1.5时，同时控制喷入磷酸铵溶液和磷酸二氢铵溶液；其中，喷入溶液中的氮与磷元素摩尔比值与燃料中的氮与可溶性碱金属摩尔比值之比为2：3；喷入溶液中的氮与燃料中的氮摩尔比值为0.6：1。

本发明实施例中，所述喷枪的出口能够将溶液喷至炉膛中心位置。

本发明实施例的系统的工作过程包括：对送入循环流化床锅炉的炉膛9中的高碱燃料进行分析，获得燃料中氮含量以及可溶性碱金属含量，并在控制系统2中输入燃料中氮与可溶性碱金属的摩尔比值、单位燃料中氮元素和可溶性碱金属元素的质量含量；确定喷入的溶液及喷入剂量：根据燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值及循环流化床的给料量，控制系统2输出信号并控制磷酸二氢铵溶液控制作用阀1和磷酸铵溶液控制作用阀3动作。当燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y≥1.5时，此时控制系统2仅控制了磷酸铵溶液控制作用阀3动作，并保证喷入磷酸铵溶液中氮与炉膛中燃料的氮摩尔比为0.6：1；当燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值y≤0.5时，此时控制系统2仅控制磷酸二氢铵溶液控制作用阀1动作，并保证喷入磷酸二氢铵溶液中磷与炉膛中燃料的可溶性碱金属摩尔比为3:1；而当燃料中氮与可溶性碱金属比值为：0.5＜x＜1.5时，此时控制系统同时控制磷酸铵溶液作用阀3和磷酸二氢铵溶液作用阀1动作，通过控制磷酸铵和磷酸二氢铵溶液的喷入比例保证喷入溶液中氮与磷元素摩尔比值与燃料中氮与可溶性碱金属摩尔比值之比为2：3，且此时喷入溶液中氮与燃料中氮摩尔比为0.6：1。通过在旋风筒分离器8的转向室6的锅炉出口安装nox传感器7对nox排放浓度进行实时在线检测，并通过nox浓度信号传输线5将nox排放浓度信号反馈到控制系统2进行分析，当nox排放超过国家排放要求100mg/m3时，通过深度控制磷酸铵溶液作用阀3动作，进一步喷入适量的磷酸铵溶液，保证nox排放浓度满足标准。

综上所述，本发明针对目前高碱燃料(生物质和准东煤)燃烧利用过程中存在的积灰沾污问题及氮氧化物排放不达标的问题，并根据不同氮与碱金属比值的燃料，通过控制调节磷酸铵和磷酸二氢铵溶液喷入比例，并根据锅炉出口nox排放浓度进行反馈，深度控制调节磷酸铵喷入量，保证高碱燃料循环流化床nox低排放及控制受热面积灰沾污，实现高碱燃料循环流化床受热面积灰和nox协同控制。本发明公开了一种高碱燃料cfb锅炉受热面积灰和nox协同控制的方法，包括：1)对送入高碱燃料cfb锅炉的炉膛中的燃料进行元素分析，确定氮与可溶性碱金属的摩尔比值、单位燃料中氮元素和可溶性碱金属元素的质量含量；2)根据氮与可溶性碱金属的摩尔比值及给料量，控制磷酸铵溶液控制作用阀和磷酸二氢铵溶液控制作用阀动作，控制磷酸铵溶液和磷酸二氢铵溶液按比例喷入到炉膛中心位置；3)在锅炉出口布置nox传感器，根据锅炉出口nox排放浓度进行反馈，深度控制调节磷酸铵喷入量。本发明通过向高碱燃料循环流化床锅炉中喷入可控比例的磷酸铵和磷酸二氢铵溶液，并通过锅炉出口nox监测，深度喷入磷酸铵溶液，实现高碱燃料cfb锅炉的低nox排放，达到国家排放标准，同时起到缓解高碱燃料循环流化床锅炉受热面积灰和腐蚀问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。