熱電聯產項目鍋爐煙氣除氮脫硫措施介紹

2020-12-03 看生態品人生

熱電聯產項目,鍋爐主要汙染物為煙塵、SO2、NOx。鍋爐一般採用「低氮燃燒+SNCR法脫硝+氨法脫硫」。鍋爐安裝煙氣自動監控系統和脫硫脫硝中控系統,與各級生態環境部門監控平臺聯網。

一、脫硝系統介紹

1、低氮燃燒技術

鍋爐燃燒時產生的NOx主要為燃料中氮生成的燃料型和空氣中氮在高溫下與氧反應生成的熱力型及很少的快速型。鍋爐煤粉燃燒時影響NOx生成的因素主要有燃燒區的氧濃度、火焰溫度、燃料的氮含量、揮發份、燃料比等因素。《火電廠汙染防治可行技術指南》(HJ2301-2017)中循環流化床鍋爐燃燒煙煤、褐煤時,低氮燃燒控制爐膛NOx濃度上限值為200mg/m3。

低氮燃燒技術主要特點如下:降低床溫可以有效的控制NOx的排放水平,但是由於CO濃度增大,燃燒效率會下降,綜合考慮各方面因素的影響,一般項目將床溫控制在850~900℃,以達到最佳的運行效果;採用分級送風,適當的降低一次風率,增大二次風率可大大降低NOx的排放量,一般項目設計時將約1/3左右的燃燒空氣作為二次風送入密相區上方的一定距離,NOx的排放量可望達到最小值;增大循環倍率可以使CaO與SO2更充分接觸,強化NO與焦炭的還原反應,使NOx的排放量下降。

2、SNCR脫硝

選擇性非催化還原(SNCR)是指無催化劑的作用下,在適合脫硝反應的「溫度窗口」內噴入還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮氣和水。

a、SNCR脫硝原理

選擇性非催化還原(SNCR)脫除NOx技術是把含有NHx基的還原劑(如氨氣、氨水或者尿素等)噴入爐膛溫度為800℃~1100℃的區域,該還原劑迅速熱分解成NH3和其它副產物,隨後NH3與煙氣中的NOX進行SNCR反應而生成N2。

採用NH3作為還原劑,在溫度為900℃~1100℃的範圍內,還原NOx的化學反應方程式主要為:

而採用尿素作為還原劑還原NOx的主要化學反應為:

SNCR還原NO的反應對於溫度條件非常敏感,爐膛上噴入點的選擇,也就是所謂的溫度窗口的選擇,是SNCR還原NO效率高低的關鍵。一般認為理想的溫度範圍為700℃~1100℃,並隨反應器類型的變化而有所不同。當反應溫度低於溫度窗口時,由於停留時間的限制,往往使化學反應進行的程度較低反應不夠徹底,從而造成NO的還原率較低,同時未參與反應的NH3增加也會造成氨氣洩漏。而當反應溫度高於溫度窗口時,NH3的氧化反應開始起主導作用:

從而,NH3的作用成為氧化並生成NO,而不是還原NO為N2。總之,SNCR還原NO的過程是上述兩類反應相互競爭、共同作用的結果。如何選取合適的溫度條件同時兼顧減少還原劑的洩漏成為SNCR技術成功應用的關鍵。

b、SNCR脫硝工藝

爐膛壁面上安裝有還原劑噴嘴,還原劑通過噴嘴噴入煙氣中,並與煙氣混合,反映後的煙氣流出鍋爐。整個系統由還原劑貯槽、還原劑噴入裝置和控制儀表所構成。氨以氣態形式噴入爐膛,尿素以液態噴入,兩者在設計和運行上均有差別。具體脫硝工藝流程見圖1。

當氨與NOX反應不完全時,未反應完全的氨將從SNCR系統逸出。反應不完全的原因主要來自兩個方面:一是因為反應的溫度低,影響了氨與NOX的反應;另一種可能是噴入的還原劑與煙氣混合不均勻。因此,還原劑噴入系統必須將還原劑噴入到鍋爐內有效的部位,以保證氨與NOX的混合均勻。

圖1 脫硝工藝流程

根據《火電廠汙染防治可行技術指南》(HJ2301-2017)中SNCR脫硝技術主要工藝參數及使用效果,對於鍋爐出口NOx控制較好的機組,最低可以控制在50mg/m3以下,詳見下表1。

表1 SNCR脫硝技術主要工藝參數及使用效果

3、脫硝效果

以氨水為還原劑的SNCR脫硝裝置,脫硝效率可達75%,由於鍋爐煙氣中NOX產生濃度低於200mg/m3,鍋爐煙氣經SNCR脫硝處理後NOx排放濃度低於50mg/m3,排放濃度滿足《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》中燃煤發電機組超低排放限值。

二、脫硫系統介紹

1、概述

《火電廠汙染物防治可行技術指南》(HJ2301-2017)中:氨法脫硫原理是溶解於水中的氨和煙氣接觸時,與其中的SO2發生反應生成亞硫酸銨,亞硫酸銨進一步與煙氣中的SO2反應生成亞硫酸氫銨,亞硫酸氫銨再與氨水反應生成亞硫酸銨,通過亞硫酸氫銨與亞硫酸銨不斷的循環,以及連續補充的氨水,不斷脫除煙氣中的SO2,氨法脫硫的最終副產品為硫酸銨作為化肥原料。脫硫效率可達到95%以上。

表2 氨法脫硝主要工藝參數及使用效果

2、工藝原理

氨法吸收是將氨通入吸收塔中,使其與含SO2廢氣接觸,發生如下反應:

NH3+H2O+SO2=NH4HSO3

2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3

(NH4)2SO3+H2O+SO2=2NH4HSO3

在通入氨量較少時,發生上面第一個反應,在通入氨量較多時發生上面第二個反應,而第三個反應表示的才是氨法中真正的吸收反應。在吸收過程中所生產的酸式鹽NH4HSO3對SO2不具有吸收能力,隨吸收過程的進行,吸收液中的SO2數量增多,吸收液吸收能力下降,此時需向吸收液中補充氨,使部分NH4HSO3轉變為(NH4)2SO3,以保持吸收液的吸收能力:

NH4HSO3+NH3=(NH4)2SO3

因此,氨法吸收是利用(NH4)2SO3-NH4HSO3的不斷循環的過程來吸收廢氣中的SO2。補充的NH3並不是直接用來吸收SO2,只是保持吸收液中(NH4)2SO3的一定濃度比例。為使循環母液中NH4HSO3/(NH4)2SO3的比值穩定,多出來的循環母液,要不斷地移出送往分解系統。

3、脫硫效果

採用氨法脫硫,脫硫效率不低於96%,SO2排放濃度滿足《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》中燃煤發電機組超低排放限值。

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