國(guó)家發(fā)展改革委等部門(mén)關(guān)于印發(fā)《電解鋁行業(yè)節(jié)能降碳專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》的
組合式脫硝超低排放改造中的創(chuàng)新應(yīng)用
組合式脫硝超低排放改造中的創(chuàng)新應(yīng)用環(huán)保網(wǎng)訊:燃煤煙氣是二氧化硫和氮氧化物的最主要來(lái)源,對(duì)生態(tài)環(huán)境影響極大。火電廠作為主要的氮氧化物排放源,需要采用有效的脫硝方法減少NOx的排放。隨
環(huán)保網(wǎng)訊:燃煤煙氣是二氧化硫和氮氧化物的最主要來(lái)源,對(duì)生態(tài)環(huán)境影響極大?;痣姀S作為主要的氮氧化物排放源,需要采用有效的脫硝方法減少NOx的排放。隨著“超低排放”在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣,對(duì)脫硝技術(shù)提出了新的要求。本文結(jié)合CFB鍋爐超低排放改造實(shí)例,對(duì)組合式脫硝的創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)研究。
1引言
燃煤鍋爐生成的NOx主要由NO、NO₂及微量N₂O組成,其中NO含量超過(guò)90%,NO₂約占5~10%,N₂O只有1%左右。
NOx理論上有三條生成途徑:
一是燃料型NOx,燃料中的氮化物在煤粉火焰前端被氧化而成,所占NOx比例超過(guò)80~90%;
二是熱力型NOx,助燃空氣中的N₂在燃燒后期1300℃以上的溫度下被氧化而成;
三是瞬態(tài)型NOx,由分子氮在火焰前沿的早期階段生成,所占NOx比例很小。目前,NOx控制技術(shù)主要有爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)和爐外煙氣脫硝技術(shù)兩種。
2爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)
由NOx的形成條件可知,對(duì)NOx的形成起決定作用的是燃燒區(qū)域的溫度和過(guò)剩空氣量。因此,通過(guò)控制燃燒區(qū)域的溫度和空氣量,可達(dá)到阻止NOx生成及降低其排放的目的。
CFB屬于低溫燃燒(一般將料層溫度控制在850℃-950℃之間),NOx排放濃度一般低于煤粉爐。一般在CFB低溫燃燒條件下,溫度每降低10℃,NOx的排放量平均減少20mg/m3。因此,降低料床溫度是降低CFB氮氧化物排放濃度根本保證。
一般可以通過(guò)二次風(fēng)重新布局、低氧運(yùn)行模式、增設(shè)煙氣再循環(huán)和提高循環(huán)灰分離效率、給煤方式的改造等方式控制CFB來(lái)料床溫度,從而達(dá)到減少NOx的排放量的目的。
3爐外煙氣脫硝技術(shù)
爐外煙氣脫硝技術(shù)主要有以下兩種:選擇性催化還原(SCR)技術(shù),選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝。
3.1選擇性催化還原(SCR)技術(shù)
SCR技術(shù)原理是把還原劑噴入鍋爐下游300~400℃的煙道內(nèi),在催化劑作用下,將煙氣中NOx還原成無(wú)害的N₂和H₂O。脫硝效率可以高達(dá)95%,是一種成熟的深度煙氣氮氧化物后處理技術(shù),無(wú)論是新建機(jī)組還是在役機(jī)組改造,絕大部分煤粉鍋爐都可以安裝SCR裝置。
受制于鍋爐煙氣參數(shù)、飛灰特性及空間布置等因素的影響,根據(jù)反應(yīng)器的布置位置,SCR工藝可分為高灰型、低灰型和尾部型等三種:
高灰型SCR是主流布置,工作環(huán)境相對(duì)惡劣,催化劑活性惰化較快,但煙氣溫度合適(300~400℃),經(jīng)濟(jì)性最高;
低灰型SCR與尾部型SCR的選擇,主要是為了凈化催化劑運(yùn)行的煙氣條件或者是受到布置空間的限制,由于需將煙氣加熱到300℃以上,只適合于特定環(huán)境。目前,大部分機(jī)組安裝了SCR裝置,均采用高灰型布置工藝。
高灰型SCR脫硝系統(tǒng)可分為催化劑系統(tǒng)、還原劑系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器系統(tǒng)等。
3.2選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝
SNCR技術(shù)是將氨基還原劑(如氨氣、氨水、尿素)溶解稀釋到10%以下,利用機(jī)械式噴槍將還原劑溶液霧化成液滴噴入爐膛,熱解生成氣態(tài)NH₃(以液氨為還原劑的SNCR系統(tǒng)噴入爐膛的是氣相氨,不需熱解),在850~1050℃溫度區(qū)域(通常為鍋爐對(duì)流換熱區(qū))和沒(méi)有催化劑的條件下,NH₃與NOx進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng),將NOx還原成N₂與H₂O。SNCR工藝比較簡(jiǎn)潔,也是十分成熟的脫硝技術(shù),相對(duì)SCR而言,脫硝效率偏低。但是,由于它的低投資和低運(yùn)行成本,特別適合小容量鍋爐的使用。目前在歐洲和美國(guó)的300MW燃煤電站鍋爐上已有采用該法運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),但市場(chǎng)占有率非常低。
4某電廠脫硝超低排放改造實(shí)例
山西某電廠1、2號(hào)機(jī)組(2×330MW)采用2臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐。脫硝系統(tǒng)后期建設(shè),采用選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)工藝,采用尿素為脫硝還原劑,于2013年12月完成投運(yùn)。該系統(tǒng)脫硝效率≥50%,出口NOx排放濃度≤100mg/Nm3。目前NOx排放濃度不能滿足超低排放小于50mg/Nm3的要求,因此需要進(jìn)行超低排放改造。
本方案采用組合脫硝(即低氮燃燒+SNCR+SCR)的方式來(lái)降低NOx的排放。首先通過(guò)爐內(nèi)低氮燃燒改造將鍋爐出口NOx降至200mg/Nm3,然后通過(guò)優(yōu)化改造現(xiàn)有SNCR系統(tǒng),將煙氣中NOx進(jìn)一步降至70mg/Nm3,最后通過(guò)加裝SCR系統(tǒng),達(dá)到超低排放煙NOx含量≯40mg/m3的要求。
第一步,爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)
采用CFB低氮燃燒改造技術(shù)降低鍋爐燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOx濃度,改造后可將鍋爐出口NOx濃度從最初的300mg/Nm3降至200mg/Nm3。
第二步,優(yōu)化改造SNCR系統(tǒng)
通過(guò)更換SNCR噴槍為雙流體噴槍?zhuān)瑖娮觳捎渺F化噴嘴,增加脫硝噴槍燈方法優(yōu)化改造原有的SNCR系統(tǒng),將煙氣中NOx含量進(jìn)一步降低至70mg/Nm3,脫硝效率為65%。
第三步,新建SCR系統(tǒng)
新建SCR系統(tǒng),最終將NOx由70mg/Nm3脫至≯40mg/Nm3,此時(shí)SCR脫硝效率為42.86%。
采用組合式脫硝較僅采用SCR脫硝催化劑加裝量少,因此可將SCR裝置放于鍋爐尾部煙道中。由于反應(yīng)溫度及安裝空間的限制,SCR催化劑將安裝在二級(jí)省煤器出口至一級(jí)省煤器入口之間煙道,煙氣擋板門(mén)上下空間各1.8米。節(jié)省了空間,降低了成本。
5結(jié)論
通過(guò)該電廠在300MW(設(shè)計(jì)煤種)、240MW、300MW(近期煤種)、165MW工況下脫硝系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)下表。
表1性能試驗(yàn)記錄表
通過(guò)改造后性能試驗(yàn),采用組合式脫硝系統(tǒng),可以通過(guò)對(duì)SNCRHESCR的控制,來(lái)滿足鍋爐運(yùn)行時(shí)煙氣中NOx含量達(dá)標(biāo)的要求,且能有較低的造價(jià)和良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此,采用組合式脫硝方式在CFB鍋爐超低排放改造中可行,且可以進(jìn)行推廣。
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