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        氨水與尿素脫硝還原劑性能對(duì)比及分析

        2020-10-21 06:22:08劉建國
        大眾科學(xué)·下旬 2020年2期
        關(guān)鍵詞:對(duì)比試驗(yàn)還原劑鍋爐

        劉建國

        摘 要:循環(huán)流化床是一種清潔燃燒技術(shù),循環(huán)流化床鍋爐由于其自身燃燒溫度低,分級(jí)、分段燃燒等特點(diǎn),燃料在燃燒過程中生成的NOX的量較少,因此循環(huán)流化床機(jī)組一般采用SNCR脫硝技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)來解決NOx超低排放問題。本文對(duì)SNCR脫硝技術(shù)的還原劑(氨水、尿素)在性能及經(jīng)濟(jì)性等方面的試驗(yàn)對(duì)比,分析了尿素相比與氨水對(duì)NOx控制更加容易和經(jīng)濟(jì)、安全的結(jié)果。

        關(guān)鍵詞:CFB 鍋爐;煙氣脫硝;還原劑;對(duì)比試驗(yàn)

        1.機(jī)組簡介

        某電廠2*300MW循環(huán)流化床鍋爐型號(hào)為SG-1060/17.5-M802,亞臨界中間再熱、單汽包自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐主要由單爐膛、四臺(tái)高溫絕熱式旋風(fēng)分離器、四臺(tái)U型返料器、四臺(tái)外置式換熱器、尾部對(duì)流煙道等部分組成。采用島式布置、全鋼構(gòu)架、緊身封閉、支吊結(jié)合的固定方式。

        2.脫硝還原劑試驗(yàn)性能對(duì)比試驗(yàn)背景

        2018年7月30日山西省《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB14/T1703—2018)發(fā)布執(zhí)行,該標(biāo)準(zhǔn)主要包括煙塵、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物、煙氣黑度5項(xiàng)控制指標(biāo),排放限值分別為5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3、0.03mg/m3和1級(jí),面對(duì)史上最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn),如何在滿足鍋爐煙氣污染物長期穩(wěn)定連續(xù)超低排放的基礎(chǔ)減少脫硝運(yùn)行費(fèi)用成為急需解決的現(xiàn)實(shí)問題。 ? ? 目前鍋爐采用25%質(zhì)量濃度的氨水作為脫硝還原劑。隨著國家對(duì)安全生產(chǎn)的要求和危險(xiǎn)源的控制越來越嚴(yán)格,考慮氨水在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用過程中如果措施不當(dāng)或者設(shè)備損壞等意外因素容易引發(fā)安全環(huán)保事故,所以從安全性角度考慮尿素作為還原劑替代氨水是大勢所趨,但使用尿素的經(jīng)濟(jì)性還需要進(jìn)一步試驗(yàn)論證。因而在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上使用尿素進(jìn)行脫硝還原劑性能對(duì)比試驗(yàn)。

        3. #4/#3爐脫硝還原劑性能對(duì)比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

        3.1 #4爐脫硝還原劑性能對(duì)比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

        此次試驗(yàn)過程中,主要以SNCR為主,SCR輔助噴射系統(tǒng)不投運(yùn)的情況下進(jìn)行。#4爐氨水和尿素溶液脫硝試驗(yàn)各持續(xù)17h,通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線(圖2)得出以下結(jié)論:

        1)#4爐17日0時(shí)到17時(shí),17小時(shí)用量約28噸25%氨水溶液,平均小時(shí)用量約1.64噸。#4爐18日0時(shí)到17時(shí),17小時(shí)用量約8噸20%尿素溶液,平均小時(shí)用量約0.47噸。

        2)#4爐使用尿素溶液作為脫硝還原劑投運(yùn)區(qū)間,NOX排放指標(biāo)易于控制且指標(biāo)大幅降低,還原劑用量大幅度減少。所用還原劑不一樣,所呈現(xiàn)的各項(xiàng)指標(biāo)大有不同。

        3.2 #3爐脫硝還原劑性能對(duì)比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

        #3爐同樣用氨水和尿素溶液脫硝試驗(yàn)各持續(xù)17h,通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線(圖3)得出以下結(jié)論:

        1)#3爐18日0時(shí)到20時(shí),20小時(shí)用量約13噸25%氨水溶液,平均小時(shí)用量約0.65噸。#3爐19日0時(shí)到15時(shí),15小時(shí)用量約5.5噸20%尿素溶液,平均小時(shí)用量約0.37噸。

        2)#3爐同樣使用氨水和尿素溶液作為脫硝還原劑投運(yùn)區(qū)間,NOX排放指標(biāo)易于控制且指標(biāo)大幅降低,還原劑用量大幅度減少。

        3.3 #4爐低負(fù)荷段脫硝還原劑性能對(duì)比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

        #4爐低負(fù)荷170MW時(shí)用尿素和氨水溶液脫硝試驗(yàn),通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線(圖4)得出以下結(jié)論:

        1)18日4時(shí)40分出現(xiàn)時(shí),所投的是20%尿素溶液,氧量達(dá)到7.5%左右,NOX排放約35mg/m3左右,流量為0.3噸左右,能平穩(wěn)控制,未出現(xiàn)NOX大幅波動(dòng)現(xiàn)象。19日0時(shí)20分出現(xiàn)時(shí),所投的是25%氨水溶液,氧量維持在5.5%左右,NOX排放約48mg/m3左右,流量為1.6噸左右,不易控制,出現(xiàn)NOX大幅波動(dòng)現(xiàn)象。

        同樣負(fù)荷,使用還原劑不一樣,兩者用量明顯偏差,指標(biāo)反應(yīng)也明顯,所呈現(xiàn)的指標(biāo)大有不同。

        3.4 #3爐高負(fù)荷時(shí)段脫硝還原劑性能對(duì)比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

        #3爐負(fù)荷在300MW的情況下,兩種還原劑所呈現(xiàn)出不同的NOX指標(biāo)排放情況,通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線(圖5)得出以下結(jié)論:

        1)投入25%氨水的狀況下,氨水用量在1.5噸左右,維持NOX在40mg/m3運(yùn)行。投入20%尿素的情況下,尿素用量明顯下降,平均在0.7噸左右,維持NOX在40mg/m3運(yùn)行。

        2)#3爐高負(fù)荷情況下同樣使用氨水和尿素溶液作為脫硝還原劑投運(yùn)區(qū)間,NOX排放指標(biāo)控制在同等水平下,兩種還原劑用量大不相同,偏差明顯。

        3.5 #3爐使用尿素與#4爐使用氨水作為還原劑對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析

        #3、#4爐分別采用質(zhì)量濃度為20%的尿素溶液和質(zhì)量濃度為25%的氨水溶液作為還原劑進(jìn)行脫硝性能對(duì)比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如下:

        4.結(jié)論與建議

        1.通過試驗(yàn)驗(yàn)證出尿素?fù)]發(fā)性小于氨水,噴射到分離器內(nèi)的距離要高于氨水溶液,能更好的擴(kuò)散和混合。再加上爐膛出口溫度正好處于900℃左右是尿素的最佳反應(yīng)溫度區(qū)間,最終造成尿素溶液使用量小。

        2.尿素替代氨水作為脫硝還原劑后,排放煙氣中NOX的含量對(duì)于尿素溶液流量的增減表現(xiàn)的較為敏感,出口NOX的指標(biāo)易于控制,能將排放煙氣中的NOX穩(wěn)定的控制在超低排放標(biāo)準(zhǔn)以下,同時(shí)指標(biāo)超標(biāo)次數(shù)明顯減少。

        3.尿素替代氨水作為脫硝還原劑后,脫硝成本下降約50%。脫硝效率提高,氨逃逸率降低,生成的硫酸氫氨的量也降低,避免造成空氣預(yù)熱器堵灰,機(jī)組運(yùn)行的安全性提高。

        4.氨水溶液在運(yùn)輸以及在儲(chǔ)備使用管理上安全要求較高,存在一定的危險(xiǎn)性,而尿素便于運(yùn)輸與儲(chǔ)存,且揮發(fā)性比氨水小, 對(duì)大型爐膛的穿透性好, 混合程度也比較高,因此從經(jīng)濟(jì)性和安全性綜合考慮,利用尿素替代氨水溶液作為還原劑是較好的選擇。

        參考文獻(xiàn)

        [1] DB14/T1703—2018 ? ?燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

        [2]楊玉環(huán)、侯致福.1060T/H CFB 鍋爐SNCR + SCR 聯(lián)合脫硝工藝設(shè)計(jì)[J].電力科學(xué)與工程,2016,32(2):61 - 65.

        [3]衣賀昌,江來,宋寧.SNCR脫硝工程采用尿素和氨水為還原劑的比較研究[J].電站系統(tǒng)工程,2018,34(02):80+82.

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