石東平(內(nèi)蒙古華電烏達熱電有限公司,內(nèi)蒙古 烏海016000)
基于循環(huán)流化床鍋爐脫硝工藝選擇與改進
石東平
(內(nèi)蒙古華電烏達熱電有限公司,內(nèi)蒙古 烏海016000)
自從國家為發(fā)電企業(yè)設定了新的排放標準后,循環(huán)流化床鍋爐燃煤機組就突顯出了氮氧化合物排放不穩(wěn)定等問題。我們對循環(huán)流化床鍋爐的脫硝技術進行對比研究,進而提出相應的改造措施,使得脫硝效率得到了很大的改善,為發(fā)電企業(yè)降低了成本,提高了效益。
循環(huán)流化床;脫硝;SNCR;工藝改進
1.1選擇性非催化還原法(SNCR)
SNCR是指在850-1200攝氏度以下,將含氮的藥劑噴入煙氣中,使得NO得以還原,最后生成氮氣和水,而沒有其他污染物產(chǎn)生。在一定溫度條件下,氮劑對NOx的還原,在所有其他的化學反應中占主導,具有相關的選擇性,因此稱之為選擇性非催化還原。
SNCR在試驗中有著九成以上的NOx脫除率。如果在大型鍋爐中采用這項技術,短時間內(nèi)可有75%脫硝率,而長期應用通??捎?0%-50%的NOx脫除率。
SNCR法技術具備諸多優(yōu)勢,適用于多種還原劑,不僅原理較為簡單,工藝十分成熟,而且在運行成本方面也具備較大的優(yōu)勢。但是缺點也一并存在,其脫硝率只有30%-50%,而且對于溫度的依賴性非常強。
1.2選擇性催化還原法(SCR)
選擇性催化還原除了多一個催化劑的作用外,其他化學原理均與SNCR法相同。因為催化劑的緣故,所以能在200-400攝氏度區(qū)間脫除NOx。兩種方法都是利用氮劑對NOx還原的選擇性,以有效的避免還原氮劑與煙氣中大量的氧氣反應,所以也可叫做選擇性還原方法。
在脫硝工藝的選擇方面,SCR脫硝率比較高,但是投資過大;而SNCR的脫硝率稍低,大概在四成左右,但是該設備系統(tǒng)比較簡單,在成本投資方面也比較低,適用范圍更為廣泛。循環(huán)流化床鍋爐燃燒機組,在已具備低氮氧化物燃燒技術的情況下,應重點考慮投資成本,同時還要力求達到環(huán)保排放標準,因此重點推薦SNCR脫硝工藝。
2.1SNCR脫硝系統(tǒng)的還原劑
(1)液氨。液氨噴入爐膛后會迅速揮發(fā)成氣體,不會造成爐內(nèi)受熱面濕壁、腐蝕。而且儲罐容積可以較小、價格也較便宜。選取液氨的SNCR相對來講過于復雜,成本費用投資過大,而且后期運行的維護費用也要考慮在內(nèi),同時還伴隨著管道磨損過量,這就更增加的費用的支出。液氨泄漏事故頻發(fā),考慮到施工操作安全因素,不建議將液氨作為還原劑。
(2)氨水。氨水氣味難聞,同時揮發(fā)性與腐蝕性也很強,對于安全操作的要求很高,不過它在儲存方面則比較簡單,比液氨更容易處理。
(3)尿素。常溫時,尿素在水中緩慢水解,最初轉(zhuǎn)化為甲銨,然后形成碳酸銨,最后分解成氨和二氧化碳,隨溫度升高水解加快。但在60攝氏度以下,尿素在酸性、中性和堿性溶液中不發(fā)生水解。采用一般的工業(yè)農(nóng)業(yè)用尿素作為還原劑即可,其含氮量在46%以上。
2.2SNCR脫硝系統(tǒng)
(1)尿素溶解儲存系統(tǒng)。尿素溶解儲存系統(tǒng)主要由一個尿素溶解池,兩個尿素溶液儲罐(一運一備)組成。尿素為固體顆粒物,不易燃燒和爆炸,運輸與氨水和液氨相比簡單、安全、方便。對于燃煤電廠而言,尿素的運輸可以采用燃煤運輸系統(tǒng),經(jīng)貨船或汽車運輸?shù)綇S袋裝堆放。配制好的尿素溶液經(jīng)過濾,由泵送入尿素溶液儲罐,儲罐是保溫隔熱的,并配置了電加熱設備,來保持儲罐溫度。
(2)尿素噴射系統(tǒng)。噴射器采用專用氣力噴射器,分組布置在爐膛不同高度處,以適應爐內(nèi)不同燃燒運行工況。在線配制稀釋好的尿素溶液將送到各噴射組,各噴射組設有總閥門控制本噴射組是否投運。不投運的噴射組則由電動推進裝置驅(qū)動退出。
噴射所需的霧化介質(zhì)可采用壓縮空氣。每個噴射組的霧化氣總管設有壓力調(diào)節(jié)和壓力測量,再通往各各噴射器。最后,尿素溶液經(jīng)由噴射器噴入爐內(nèi)來與煙氣混合進行脫除NOx的氧化還原反應。
SNCR法和SCR法的關鍵區(qū)別就在于,SCR法中使用了催化劑,而循環(huán)流化床脫硝系統(tǒng)中有些地方不適宜使用催化劑,下面我們對此做進一步說明。
(1)循環(huán)流化床鍋爐脫硝系統(tǒng)適應性比較強,有著很高的含硫率,同時還有很高的過量空氣系數(shù),SCR反應器催化劑容易產(chǎn)生大量化合物,因此,導致下游設備產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象,這樣就對整體系統(tǒng)的連續(xù)運行產(chǎn)生不利影響。
(2)循環(huán)流化床運用的是爐內(nèi)脫硫技術,而石灰石在爐內(nèi)不斷燃燒,進而產(chǎn)生大量的氧化鈣,氧化鈣呈現(xiàn)一種細微的顆粒狀,與煙氣一起進入到反應器當中,這樣就極易造成催化劑中毒現(xiàn)象,從而使得催化劑效率大受影響,最終結(jié)果就是大大降低了鍋爐脫硝效率。
(3)循環(huán)流化床鍋爐在布置方面也與粉煤爐大不相同,在鍋爐后面,省煤器的下方空間不夠,這就對SCR反應器的布置產(chǎn)生了影響,因此對鍋爐循環(huán)系統(tǒng)會有不利影響。
循環(huán)流化床鍋爐燃煤機組具有較強的低氮燃燒技術,因此可以確保排放標準能夠達到國家標準,僅僅需要35%的脫硝效率,而SNCR法完全可以達到這個要求。在循環(huán)流化床鍋爐燃煤機組中加入SNCR技術,無需使用催化劑,這就極大的降低了運營成本,效益也就有了相應的提升。氨作為還原劑,它的最佳反應溫度為800-1200攝氏度,而循環(huán)流化床鍋爐在運行時的爐溫基本控制在850-950攝氏度,這與SNCR的反應溫度非常契合,這就讓煙氣與還原劑在較短時間內(nèi)得以充分混合,最終使得SNCR的脫硝效率得到了很好保障。因此,將SNCR脫硝技術運用于循環(huán)流化床鍋爐燃煤機組中,不僅能夠保證運行效率,而且還極大的降低的投入成本,同時提高了企業(yè)經(jīng)濟效益。
當前,大氣污染越來越嚴重,國家也對發(fā)電企業(yè)提出了全新的排放標準。在此情形下,少數(shù)循環(huán)流化床鍋爐的污染物排放已經(jīng)無法滿足國家的排放標準,因此就需要加入全新的脫硝設施來對煙氣進行脫硝工藝處理,這也是大勢所趨。SNCR技術在此領域優(yōu)勢明顯,它不僅投資少,而且建設周期也不長,最重要就是脫硝效果明顯,完全能夠達到國家排放標準,屬于極為科學成熟的脫硝技術手段,因此有著非常廣泛的應用前景。
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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.034