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        火力發(fā)電廠脫硝技術(shù)及應(yīng)用

        2015-04-07 12:02:25李博
        科技視界 2015年9期
        關(guān)鍵詞:脫硝火力發(fā)電廠技術(shù)

        李博

        【摘 要】氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一,其中的NO 和NO2 是重要的大氣污染物,NOx 大多數(shù)來(lái)自于煤炭的直接燃燒。本文介紹了火電廠脫硝技術(shù),闡述了控制NOx 排放的技術(shù),分析了脫硝技術(shù)對(duì)鍋爐運(yùn)行的運(yùn)行影響,提出了管理措施,并展望了未來(lái)的脫硝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

        【關(guān)鍵詞】脫硝;火力發(fā)電廠;NOx;技術(shù)

        隨著我國(guó)火力發(fā)電廠的快速發(fā)展,氮氧化物的排放量上升,加重了其對(duì)環(huán)境的污染。氮氧化物是大氣中主要污染物之一,其中NO和NO2是空氣污染物的主要因素,這些物質(zhì)使人較難抵抗呼吸系統(tǒng)疾病,會(huì)造成人體的肺部發(fā)育受損,同時(shí)也是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的一個(gè)重要原因。由于火力發(fā)電廠用煤炭燃燒的方式來(lái)進(jìn)行發(fā)電,就會(huì)有燃煤煙氣中的氮氧化物污染環(huán)境。脫硝方法可以有效控制污染物的生成,此種方法從技術(shù)上講分為燃燒前、燃燒中、燃燒后三種,主要原理是在煙氣中噴入氨,氨與NO發(fā)生反應(yīng),減少煙氣中NO的含量,從而達(dá)到脫硝的目的。主要原則就是降低氧氣濃度,使煤粉在缺氧條件下燃燒;降低燃燒溫度,防止產(chǎn)生局部高溫區(qū);縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間等。因此,采用煙氣脫硝技術(shù)對(duì)氮氧化物污染物進(jìn)行治理是我們必須研究的課題。

        1 煙氣脫硝技術(shù)

        1.1 爐膛噴射法

        向爐膛噴射還原性物質(zhì),可在一定溫度條件下達(dá)到降低 NOx 的排放量的目的。在無(wú)催化劑存在條件下向爐內(nèi)噴入還原劑氨或尿素,將NOx 還原為N2和H2O,溫度要控制在在980℃左右,如果溫度過(guò)高時(shí)或生成NO,如果溫度過(guò)低時(shí),反應(yīng)速度又會(huì)減慢。由于溫度隨鍋爐負(fù)荷變化回出現(xiàn)鍋爐中NOx 濃度的不規(guī)則性,該工藝在同等脫硝率的情況下,NH3耗量要高于SCR 工藝,從而使 NH3的逃逸量增加。

        1.2 煙氣處理法

        在眾多煙氣處理技術(shù)中,液體吸收法的凈化效果差;吸附法雖然脫硝效率高,但是對(duì)于設(shè)備過(guò)高;液膜法和微生物法還有待于驗(yàn)證;脈沖電暈法可以同時(shí)脫硫脫硝,但很多難題有待于解決,并且有待實(shí)際工程應(yīng)用檢驗(yàn);SNCR 法氨法會(huì)影響鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

        1.3 固體吸附法

        吸附法適用于小規(guī)模排放源可行,具有耗資少,設(shè)備簡(jiǎn)單,易于再生的特點(diǎn)。而且脫除率較高,但是由于消耗大量的氧化劑和吸收劑,吸收產(chǎn)物常常會(huì)造成二次污染。

        1.4 聯(lián)合脫硝法

        SCR脫硝法效率高,但是投資大,運(yùn)行費(fèi)用高, SNCR/SCR聯(lián)合脫硝法先采用投資少的SNCR法脫去煙氣中大部份NOx,再采用脫硝效率高的SCR法去除余下的NOx。聯(lián)合脫硝技術(shù)可以降低催化劑反應(yīng)器尺寸,減少了SCR系統(tǒng)投資。

        1.5 SCR 法技術(shù)

        脫硝效率最為成熟的技術(shù)是SCR 技術(shù),煙氣脫硝技術(shù)在催化劑作用下,使NO 直接分解為N2和O2。主要的催化劑類型不復(fù)雜,容易掌握,而且不需耗費(fèi)氨,無(wú)二次污染,而且催化活性易被抑制,操作效率較高,操作技術(shù)已工業(yè)化。

        1.5.1 反應(yīng)器布置方式

        按照布置方法可分為“高飛灰” 或“低飛灰” 脫硝,高塵布置煙氣溫度高,滿足了催化劑反應(yīng)要求。低塵布置時(shí),煙氣中的飛灰含量大幅降低,運(yùn)行費(fèi)用增加。

        1.5.2 SCR 布置方式

        在 SCR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中煙氣溫度是選擇催化劑的重要運(yùn)行參數(shù),它直接影響反應(yīng)的進(jìn)程,所以需要設(shè)計(jì)合理的流速以保證 NH3 與 NOx 充分混合,氧濃度一般控制在 3%~4%。

        1.5.3 催化劑和還原劑的選擇

        SCR 系統(tǒng)中應(yīng)用較多的有蜂窩式、波紋狀和平板式等。這些催化劑的加工工藝簡(jiǎn)單,效果好。還原劑中目前應(yīng)用較多的是尿素、氨水和純氨。尿素法是先將顆粒完全溶解,然后將溶液泵送到水解槽中,將溶液加熱至反應(yīng)溫度后與水反應(yīng)生成氨氣;氨水法是通過(guò)加熱裝置使其蒸發(fā),形成氨氣和水蒸汽;純氨法是將加熱成氨氣,然后空氣混合成氨氣體積含量為10%的混合氣體后送入煙氣系統(tǒng)。

        2 脫硝改造技術(shù)對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響及運(yùn)行優(yōu)化

        2.1 對(duì)鍋爐的影響

        2.1.1 燃燒器改造帶來(lái)的影響

        低氮燃燒器改造后,造成爐膛出口煙溫升高和煤粉缺氧燃燒,爐內(nèi)煤粉燃燒過(guò)程拉長(zhǎng),導(dǎo)致?tīng)t膛上部過(guò)熱器結(jié)焦、積灰現(xiàn)象嚴(yán)重。

        2.1.2 加裝SCR對(duì)鍋爐運(yùn)行帶來(lái)的影響

        SCR脫硝裝置需要安裝反應(yīng)器,這樣就會(huì)使鍋爐的散熱損失和鍋爐煙氣側(cè)阻力增加,增加了引風(fēng)機(jī)的功率和電耗,導(dǎo)致運(yùn)行成本加大。同時(shí)為保證煙囪出口NOx不超標(biāo),運(yùn)行人員采取開(kāi)大燃盡風(fēng)等措施來(lái)減少爐膛氧量,以使SCR進(jìn)口NOx不超規(guī)定值,這樣的調(diào)節(jié)會(huì)造成爐內(nèi)結(jié)焦的加劇,影響到鍋爐的安全運(yùn)行。

        2.1.3 NH3逃逸對(duì)下游設(shè)備的影響

        脫硝的反應(yīng)后會(huì)有少量的NH3逃逸出反應(yīng)器;催化劑的氧化將煙氣中的部分SO2氧化為SO3。二者發(fā)生反應(yīng)后生成NH3化合物NH4HSO4與(NH4)2SO4,在空氣預(yù)熱器換熱管上冷凝析出晶體物質(zhì),加大了空預(yù)器的換熱阻力和堵塞、腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

        2.2 運(yùn)行管理及優(yōu)化建議

        (1)將爐氧量控制在3~4%之間,以控制爐膛出口NOx排放量不超400mg/Nm。上層燃盡風(fēng)應(yīng)全開(kāi),下層燃盡風(fēng)視情況開(kāi)30-40%。一次風(fēng)速根據(jù)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)定,二次風(fēng)要加強(qiáng)燃燒等作用,在實(shí)際運(yùn)行中,二次風(fēng)總門的開(kāi)度在45~50%之間。(2)防止結(jié)焦、和積灰加劇的措施。在煤種摻燒和煤中添加除焦劑,在保證NOx不超標(biāo)的情況下,適當(dāng)?shù)脑龃鬆t膛出口氧量,以減少系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。(3)氨逃逸的解決。及時(shí)測(cè)量運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器出口的NOx分布,調(diào)整閥門進(jìn)行,以保證NOx和NH3的出量均勻,SCR進(jìn)口煙氣溫度在340~450℃之間。

        在以上脫硝技術(shù)方法中,各種低氮燃燒技術(shù)均涉及爐膛燃燒的安全問(wèn)題或效率問(wèn)題,例如:此項(xiàng)技術(shù)脫硝效率低,凈化效果差,設(shè)備過(guò)于龐大,再生頻繁,微生物法新型的技術(shù)問(wèn)題需要解決。所以探索微生物法處理污染物是一個(gè)自然的過(guò)程,該技術(shù)能夠有效地降低氮氧化物的排放濃度,也可以進(jìn)行低氮燃燒改造,同時(shí)也兼顧了效率和造價(jià)均中等的技術(shù)工藝。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]邢軍,馬駿.火電廠煙氣脫硝技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[C]//中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì).2010 年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2010,5,5.

        [2]陳強(qiáng).火電廠煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用與展望[J].化學(xué)工程與裝備,2012,5.

        [3]陳列,王新龍.火力發(fā)電廠煙氣脫硝技術(shù)研究[J].科技傳播,2012(13).

        [4]謝平.火力發(fā)電廠煙氣脫硝技術(shù)研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2011(22).

        [5]王臣.淺談火力發(fā)電廠煙氣脫硝技術(shù)[J].這個(gè)科技投資,2013,15.

        [6]郭錦濤.SCR法煙氣脫硝系統(tǒng)工程應(yīng)用[J].能源與環(huán)境,2009,5.

        [責(zé)任編輯:薛俊歌]

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