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燃煤電廠鍋爐脫硝問題及改造探究
作者:管理員    發布于:2017-10-11 08:54:37    文字:【】【】【

  摘要:隨著市場經濟競爭日益加劇,各個工業污染排放物對環境產生的污染也越來越嚴重。因此如何降低燃煤電廠的能源消耗和污染排放成為了社會各界廣泛研究的重大內容。筆者就燃煤電廠鍋爐脫硝問題以及改造技術進行了簡單地探討,希望能夠為燃煤電廠節能減排提供參考和借鑒。

  關鍵詞:燃煤電廠;鍋爐;脫硝改造;

  脫硝系統作為現代燃煤電廠必須具備的重要輔機之一,安裝脫硝系統也是實現節能減排的必然選擇。為了進一步滿足當前環保要求,減少各種污染物的排放,需要對鍋爐進行脫硝系統改造,因此探究燃煤電廠鍋爐脫硝問題及改造具有重大意義。

  一、低NOX燃燒技術分析

  (一)低過量空氣燃燒技術

  該技術是優化燃燒裝置,降低氮氧化物生產量的有效途徑,這項技術不需對燃燒裝置進行結構改造,在盡可能降低NOX排放量的同時,提高裝置運行的經濟性。

  (二)低氮燃燒器技術

  該技術的最大特點是在燃燒器的出口實現分級送風以及和燃料之間比例的合理,實現抑制NOX產生的目的。

  (三)空氣分級燃燒技術

  空氣分級燃燒技術主要是控制空氣跟煤粉之間混合的一個過程,將燃燒所需的空氣逐級送入到燃燒火焰中,讓煤粉顆粒在燃燒初期實現低氧燃燒,降低了氮氧化物的排放。分級燃燒技術主要有垂直分級和水平分級兩種。

  (四)燃料分級技術

  該燃燒技術可以將燃燒分成了主燃燒區(主燃料在欠氧或者弱還原性環境下燃燒,生成NOX)、再燃燒區(主要將二次燃料送入鍋爐中,營造還原性氣氛,將主燃區燃燒產生的NOX還原成N2)以及燃盡區(在還原區上方,送入少量空氣促使再燃燃料被燃燒完全)三個區域。

  (五)煙氣再循環技術

  該技術主要利用低氧和溫度較低的特點,從省煤氣出口抽出部分的煙氣,將其加入到二次或者一次風中,然后將在循環噴入爐膛中合適的位置,降低局部的溫度和形成局部還原性氣氛,有效抑制NOX的生成[1]。

  二、選擇性催化還原(SCR)工藝技術優點和缺點分析

  選擇SCR工藝技術主要具有以下幾個方面的優點:一是發生反應的溫度較低,一般只需300℃—450℃即可;二是SCR工藝技術的脫硝率高,能夠達到80%以上;三是SCR工藝設備運行可靠性高;四是經SCR工藝還原的氮氣不會造成二次污染;而SCR工藝技術也存在一些不容忽視的缺點:如煙氣的成分比較復雜,其中含有一些成分能夠導致重度和高分散的粉塵微粒能夠覆蓋催化劑的表、降低催化劑的活性、SCR工藝的設備成本和運行費用較高[2]。

  三、選擇性催化還原(SCR)工藝在脫硝改造中的應用

  當前,我國已經建造了不少用于燃燒劣質煤的循環流化床和燃燒煙煤的W型鍋爐,但是筆者認為不管是哪種形式的鍋爐,其脫硝改造技術都可以劃分成燃燒改造和煙氣脫硝改造兩大形式。

  (一) 脫硝系統的組成

  脫硝系統主要是由煙氣系統、氨噴射系統、尿素制備系統、尿素熱解系統、吹灰系統以及SCRN反應器組成。

  (二) SCR脫硝的原理分析

  SCR煙氣脫硝技術主要是將還原其NH3跟稀釋風的混合氣體噴入到SCR反應器中,并跟來源于省煤器出口的煙氣混合,在金屬催化劑和溫度適宜的情況下,有選擇性地將煙氣中的NOX還原成水和氮氣,實現脫硝的目的,其化學反應方程式為:

  


  


  催化劑的運行溫度為:318℃-420℃

  (三)煙氣脫硝改造效果

  將煙氣脫硝脫硝裝置投入運行后,通過對燃燒和尿素使用量的調整,能夠實現脫硝率高達90%以上,并且NOX的排放達到環保排放標準100/Nm3以下。

  (四)SCR和SNCR技術存在的問題以及改造注意事項

  1.SCR技術存在的問題。SCR存在著催化劑失活、HN3逃逸以及催化劑失活等問題,而SNCR主要存在著以下幾個方面的問題:一是對氮的利用率低,要實現還原NOX的目的,必然需要使用大量的氮。從而容易引起剩余的氮逃逸,氨的逃逸還會進一步引起環境污染并形成氨鹽堵塞或者腐蝕下游的設備;二是產生的N2O會引起溫室效應,大量研究表面,使用尿素作為催化劑產生的N2O要遠遠超過使用氨作催化劑的量;三是若控制不當,使用尿素作還原劑可以形成較多的一氧化碳的排放,其原因為低溫尿素容易噴入爐膛中的高溫氣流引起淬冷效應,導致燃燒終端,從而增加了一氧化碳的排放量。四是當鍋爐過熱器的溫度超過800℃時在爐膛位置噴入低溫尿素溶液,會阻礙熾熱煤炭的進一步燃燒,引起飛灰,碳的燃燒率降低。五是噴孔水冷壁出現腐蝕,在SNCR噴射系統中,噴射器主要采用爐側廠使用的高壓蒸汽作為霧化介質,當霧化蒸汽的壓力達到0.6-0.9MPa,噴射頭之前用螺紋進行連接,而噴射器靠近噴頭位置有尿素液間斷滴落,當尿素液滴落到噴射器下方的水冷壁上會形成連續的液膜,再加上爐內的溫度較高,液膜中水分蒸發尿素分解出的甲氨含量也升高,并繼續腐蝕水冷管,最終導致其泄漏[3]。

  2.燃煤脫硝改造過程中的注意事項。對燃煤電廠鍋爐實施脫硝改造過程中,通常將改造的重點放在了脫硝率上。由于空氣的分層燃燒改造技術所得到的脫硝率很大程度上跟主燃區中的化學當量存在一定關系,低氮燃燒技術和OFA技術常常是通過減小主燃區中的空燃比來實現脫硝的目的,然而這種方法產生的后果是一氧化碳和飛灰中未燃碳的含量增加。因此,筆者認為在對鍋爐脫硝改造是應該將重點放在如何在脫硝的同時還能夠控制好可燃物的排放。另外由于主燃區燃燒是否完全會對SNCR的性能產生很大影響,從主燃區釋放的一氧化碳,若質量分數大于1×10-4時會顯著降低SCNR的脫硝率,因此在同時對燃燒進行改造和加裝SNCR系統的時候,還注意OFA的設計,采取有效錯減少在SNCR溫度窗口中一氧化碳的含量,從而最大程度保證脫硝效果[4]。在役機組NOX減排進行改造過程中要特別注意改造的順序以及主機和輔機之間的協同改造,主要包含兩個方面:一是改造低氮燃燒器,優化低氮燃燒方式以及改善SCR和SNCR脫硝技術的經濟性問題;二是在造過程中還應該注重除塵器改造、引風機、空氣預熱器等有關的輔助系統改造問題。

  3.跟主機設備協同改造策略存在的問題分析。在對跟主機設備協同改造時應該對早期燃燒器的技術和經濟性進行比較,若早期燃燒器更換成NOX后明顯降低,但是提高了燃燒的效率,由于改造費用為一次性費用支出,再加上運行和維護的成本比例不高,針對這種情況筆者認為應該更換。

  4.輔助設備協同改造存在的問題分析。在進行SCR設備改造過程中,還應該對空預冷端和引風機進行改造,但是隨著新標準的提出對煙塵的排放標準提出了更高的要求,個別電廠需要對布袋或者電袋復合式除塵器實施改造,這時由于系統總阻力增加,則還需要對引風機進行相應改造,筆者認為可以根據輔助設備具體情況提前準備好規劃方案,從而避免因不協調造成需對設備進行二次改造。但是由于當前對NOX排放的具體標準還不夠健全,再加上在招標選型過程中存在技術問題,導致部分設計參數的選擇不夠嚴謹,缺乏統一性,另外在招標過程中也容易導致SCNR改造按照最低價中標方式總包,針對反應器風速以及催化劑用量之間的比等等關鍵參數缺乏具體的技術要求。

  四、結語

  綜上所述,要提高燃煤電廠鍋爐的節能,就需要對其脫硝進行改造,這主要是對脫硝系統進行改造后,能夠有效降低鍋爐煙氣 NOX的排放量,實現改善大氣環境的目的。但是在脫硝改造時要根據鍋爐具體的生產過程和特點,選擇正確的改造技術。但是筆者認為燃煤電廠鍋爐脫硝問題將成為工業行業一個永久的熱點話題,還需要相關學者和企業工作者不斷探索和思考。

  參考文獻

  [1]劉文.低氮燃燒技術在旺隆電廠420t/h燃煤鍋爐上的應用[J].鍋爐制造,2011(4):26—29.

  [2]惠潤堂,莊柯,韋飛,等.加裝SCR脫硝裝置對燃煤鍋爐系統的影響及對策[J].環境工程,2013,31(6):82—85.

  [3]黃敏,吳曉烽,王楚玉.淺析低氮燃燒技術在燃煤鍋爐中的應用[J].能源與環境,2014(2):23—27.

  [4]閆海峰.脫硝改造對燃煤鍋爐的影響及對策研究[J].現代工業經濟和信息化,2014(8):66—68.

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