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试论联合脱硝技术在燃煤锅炉脱硝改造中的应用
  • 发布日期:2020-06-01      浏览次数:94
    • DYQ146 烟气脱硝实验装置

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      DYQ301Ⅱ 数据采集脱硫脱硝除尘实验装置

      近年来,环境污染问题日益严峻,环保问题受到了国内外的广泛关注。我国对于环保问题十分重视,先后出台了多项关于环境保护的法律法规,对环境污染问题起到了一定的抑制作用。氮氧化物气体是主要的污染源之一,采用常规的处理方式已经难以满足废气排放相关要求,需要不断引进新技术、新工艺,运用现代化手段进行污染源控制。

       

      烟气脱硝技术是一种新型的锅炉脱硝改造技术,在燃煤电站氮氧化物处理中有着十分广泛的应用。本文就针对烟气脱硝系统的运行方式及控制进行研究与分析。

       

      1.引言

       

      烟气脱硝技术是目前燃煤电厂广泛应用的NOx脱除技术。随着环保标准的进一步提高,燃煤电厂脱硝系统进行了超低排放改造,从而对烟气流场均勻性提出了更高的要求。一定的氨/氮摩尔比条件下,脱硝系统还原剂NH3与烟气的均勻混合是NOx高效脱除的保障。如果流场不均勻,容易导致未反应的逃逸氨増加,将引起催化剂腐蚀、空预器堵塞、锅炉效率降低等问题,严重时会影响整个机组安全稳定运行。

       

      2.基础测试工作

       

      烟气脱硝技改与其他项目的脱硝技改具有显著的差异,脱硝技改方案具有特殊性,一般要根据锅炉的实际情况进行方案的选择与确定,并深度关注锅炉与相关辅助设备的运行情况,尤其要重视技改前期的锅炉摸底。

       

      脱硝技改的基础测试对于技改工作的进行有着重要的作用,基础测试主要是常规煤质下的相关参数,包括烟气含量、烟气所包含的成分、烟气系统所遭受的阻力,主要是检测烟气中氧、温度、压力等相关参数。

       

      锅炉的摸底测试中必须在锅炉的满负荷情况下进行测试,主要是要测试烟气中氮氧化物的含量、浓度与温度等相关内容。有些摸底测试中也需要测试75%和50%负荷下的运行情况。基础测试中要根据设备运行的情况,科学设置测点,一般情况下,测点主要包括了省煤器出口、引风机进出口、脱硫系统进出口。

       

      省煤器出口位置的烟气温度较高,由于该位置较为弯曲,导致在测试烟气含量时,结果与实际情况存在较大的偏差。因此,在此处,可以测试烟气的温度、压力等相关参数值。

       

      引风机出口直流段分布好,烟气流动具有较好的稳定性,因此,在此处测试烟气含量的测试结果好,误差较小,也可以通过其他参数的测试,经由一定的计算来得出省煤器出口位置的烟气含量。

       

      脱硫系统进出口测试技术的发展较好,有些数据可以直接拿来使用。

       

      3.整体改造方案

       

      SCR脱硝系统中催化剂为核心设备,要将其布置于空间有限的锅炉尾部竖井烟道,催化剂的选型和布置为本项目设计的一大关键点。高温脱硝催化剂的运行温度区间为320℃~410℃,结合催化剂模块高度及上下安装检修空间,此处改造预留的脱硝空间最低不能小于3.6m,并且烟气流速需满足催化剂运行要求,催化剂孔内流速小于7m/s。

       

      本项目锅炉烟气中含灰量较低,粉尘含量仅为20g/m3,因此可以考虑选用蜂窝式催化剂。考虑到原有锅炉机组结构紧凑,尾部竖井烟道没有预留安装脱硝催化剂的空间,因此设计过程中的另一大关键点就是锅炉尾部受热面的改造,在各负荷锅炉烟气参数不全的情况下,需为催化剂选择合适的温度区间,为催化剂腾出足够的安装检修空间,同时尽可能让SCR脱硝系统适应锅炉运行工况。

       

      另外,锅炉受热面改造需保证不影响锅炉的热效率或将负面影响降至最低,受改造成本约束,改造范围也要尽量缩小,争取利旧原有设备。

       

      4.联合脱硝技术的应用

       

      4.1低温SCR脱硝技术

       

      通常情况下,球团烟气排放的温度要控制在100℃~180℃之间,而在烧结烟气净化过程中使用的V-Ti催化剂的使用温度最低规定为280℃,如果使用脱硫+脱硝或者脱硝+脱硫的联合净化技术,就需要对烧结烟气进行加热处理,才能够使用催化剂。

       

      但是对烧结烟气加热处理的成本比较高。为了解决低温脱硝的问题,使用低温SCR催化剂对其进行处理。目前开发出来的低温催化剂能够适应130℃~260℃的温度。但是对进入SCR反应器内的烧结烟气组成成分要求比较严格。

       

      例如,必须保证二氧化硫的浓度低于10ppm,并且要确保进入SCR反应器内的烟气水分含量比较低。而在当前的脱硫工艺使用过程中,因为进入SCR反应器内的烟气内二氧化硫已经基本脱除,能够满足二氧化硫浓度低于10ppm的要求,但是脱硫过后的烟气水分含量比较高,这样也会对低温催化剂的效果产生一定影响。

       

      而烟气在进行脱硝过程中,需要加入NH3,其会与进入SCR反应器内二氧化硫反应产生硫酸氨。因此在使用SCR处理技术时,将低温SCR脱硝放在石灰石膏湿法脱硫之前,烟气温度和湿度都能达到低温SCR脱硝技术要求。

       

      并且湿法脱硫对球团烟气内的氮氧化物浓度影响比较小。烟气经过脱硫吸收塔处理后,基本能够去除95%以上的二氧化硫,经过湿法脱硫后的烟气湿度较大,后续再加湿电除尘去除烟气里面的水分、粉尘,烟气达标排放。

       

      4.2 CuO吸附法

       

      这一方式在进行脱硫脱硝处理中主要是利用CuO/Al2O3或CuO/SiO2作吸附剂(其中的CuO含量在4%~6%之间),整个反应包含:第1,在吸附器之中,处于300-450℃的温度条件时,SO2与吸附剂相互反应,会形成CuSO4,满足脱硫的要求;在进行脱硝的时候,则是因为CuO与生成的CuSO4针对NH3所还原的NOx本身带有较高的催化作用,并且与SCR法相互结合,实现脱硝处理。

       

      第二,再生器之中利用H2或CH4还原,在还原之后,Cu或Cu2O在吸附剂处理器之中主要是通过空气氧化或烟气氧化形成CuO,也可以重复使用。该方式主要是在吸附温度达到750℃时达到超过90%的脱硫脱硝效果,不会出现新的废弃物,没有二次污染,能达到99.9%的除尘率。但反应的温度偏高,需要为装置加热,并且吸附剂的制备成本也较高。

       

      4.3湿式同时脱硫脱硝技术的分析

       

      湿式同时脱硫脱硝技术在国际上有两种高效的方法,一种是WSA-SNOx方法,另一种则是氯酸氧化法。其中WSA-SNOx方法的工作原理必须通过一种SCR反应器,而烟气中的氮氧化物在受到催化剂的作用立即转化成了氮气,催化剂还会使二氧化硫变成三氧化硫。

       

      而后冷凝器装着转化物在等待凝结,只要混合一定量的水就形成硫酸。这种方法烟气中二氧化硫及氮氧化物的脱除率能达到90%以上,且效果比较理想。WSA-SNOx方法与传统的SCR脱硝工艺相比较,该方法同时脱硫脱硝的技术不仅比传统技术的脱硝效率更高,元素硫还可以得到高效的回收,并且该方法处理过程无废水产生。目前此项工艺已应用于部分商业运行中,项目有着广阔的前景。

       

      5.结束语

       

      总而言之,随着烟气排放问题的不断加剧,环保法律也变得越来越严格。所以现阶段应该考虑一些低成本、稳定运行、高效率的技术,这是技术发展的主要趋势。但是脱硫脱硝技术具有良好的灵活性和经济性,加上国外的研究还不够完善,所以我国还需要加大这一块的研究。

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