热电联产项目锅炉烟气除氮脱硫措施介绍

内容摘要:热电联产项目,锅炉主要污染物为烟尘、SO2、NOx。锅炉一般采用低氮燃烧+SNCR法脱硝+氨法脱硫。锅炉安装烟气自动监控系统和脱硫脱

热电联产项目,锅炉主要污染物为烟尘、SO2、NOx。锅炉一般采用“低氮燃烧+SNCR法脱硝+氨法脱硫”。锅炉安装烟气自动监控系统和脱硫脱硝中控系统,与各级生态环境部门监控平台联网。

一、脱硝系统介绍

1、低氮燃烧技术

锅炉燃烧时产生的NOx主要为燃料中氮生成的燃料型和空气中氮在高温下与氧反应生成的热力型及很少的快速型。锅炉煤粉燃烧时影响NOx生成的因素主要有燃烧区的氧浓度、火焰温度、燃料的氮含量、挥发份、燃料比等因素。《火电厂污染防治可行技术指南》(HJ2301-2017)中循环流化床锅炉燃烧烟煤、褐煤时,低氮燃烧控制炉膛NOx浓度上限值为200mg/m3。

低氮燃烧技术主要特点如下:降低床温可以有效的控制NOx的排放水平,但是由于CO浓度增大,燃烧效率会下降,综合考虑各方面因素的影响,一般项目将床温控制在850~900℃,以达到最佳的运行效果;采用分级送风,适当的降低一次风率,增大二次风率可大大降低NOx的排放量,一般项目设计时将约1/3左右的燃烧空气作为二次风送入密相区上方的一定距离,NOx的排放量可望达到最小值;增大循环倍率可以使CaO与SO2更充分接触,强化NO与焦炭的还原反应,使NOx的排放量下降。

2、SNCR脱硝

选择性非催化还原(SNCR)是指无催化剂的作用下,在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。

a、SNCR脱硝原理

选择性非催化还原(SNCR)脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为800℃~1100℃的区域,该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物,随后NH3与烟气中的NOX进行SNCR反应而生成N2。

采用NH3作为还原剂,在温度为900℃~1100℃的范围内,还原NOx的化学反应方程式主要为:

而采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为:

SNCR还原NO的反应对于温度条件非常敏感,炉膛上喷入点的选择,也就是所谓的温度窗口的选择,是SNCR还原NO效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为700℃~1100℃,并随反应器类型的变化而有所不同。当反应温度低于温度窗口时,由于停留时间的限制,往往使化学反应进行的程度较低反应不够彻底,从而造成NO的还原率较低,同时未参与反应的NH3增加也会造成氨气泄漏。而当反应温度高于温度窗口时,NH3的氧化反应开始起主导作用:

从而,NH3的作用成为氧化并生成NO,而不是还原NO为N2。总之,SNCR还原NO的过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果。如何选取合适的温度条件同时兼顾减少还原剂的泄漏成为SNCR技术成功应用的关键。

b、SNCR脱硝工艺

炉膛壁面上安装有还原剂喷嘴,还原剂通过喷嘴喷入烟气中,并与烟气混合,反映后的烟气流出锅炉。整个系统由还原剂贮槽、还原剂喷入装置和控制仪表所构成。氨以气态形式喷入炉膛,尿素以液态喷入,两者在设计和运行上均有差别。具体脱硝工艺流程见图1。

当氨与NOX反应不完全时,未反应完全的氨将从SNCR系统逸出。反应不完全的原因主要来自两个方面:一是因为反应的温度低,影响了氨与NOX的反应;另一种可能是喷入的还原剂与烟气混合不均匀。因此,还原剂喷入系统必须将还原剂喷入到锅炉内有效的部位,以保证氨与NOX的混合均匀。

图1 脱硝工艺流程

根据《火电厂污染防治可行技术指南》(HJ2301-2017)中SNCR脱硝技术主要工艺参数及使用效果,对于锅炉出口NOx控制较好的机组,最低可以控制在50mg/m3以下,详见下表1。

表1 SNCR脱硝技术主要工艺参数及使用效果

3、脱硝效果

以氨水为还原剂的SNCR脱硝装置,脱硝效率可达75%,由于锅炉烟气中NOX产生浓度低于200mg/m3,锅炉烟气经SNCR脱硝处理后NOx排放浓度低于50mg/m3,排放浓度满足《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》中燃煤发电机组超低排放限值。

二、脱硫系统介绍

1、概述

《火电厂污染物防治可行技术指南》(HJ2301-2017)中:氨法脱硫原理是溶解于水中的氨和烟气接触时,与其中的SO2发生反应生成亚硫酸铵,亚硫酸铵进一步与烟气中的SO2反应生成亚硫酸氢铵,亚硫酸氢铵再与氨水反应生成亚硫酸铵,通过亚硫酸氢铵与亚硫酸铵不断的循环,以及连续补充的氨水,不断脱除烟气中的SO2,氨法脱硫的最终副产品为硫酸铵作为化肥原料。脱硫效率可达到95%以上。

表2 氨法脱硝主要工艺参数及使用效果

2、工艺原理

氨法吸收是将氨通入吸收塔中,使其与含SO2废气接触,发生如下反应:

NH3+H2O+SO2=NH4HSO3

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

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

在通入氨量较少时,发生上面第一个反应,在通入氨量较多时发生上面第二个反应,而第三个反应表示的才是氨法中真正的吸收反应。在吸收过程中所生产的酸式盐NH4HSO3对SO2不具有吸收能力,随吸收过程的进行,吸收液中的SO2数量增多,吸收液吸收能力下降,此时需向吸收液中补充氨,使部分NH4HSO3转变为(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的不断循环的过程来吸收废气中的SO2。补充的NH3并不是直接用来吸收SO2,只是保持吸收液中(NH4)2SO3的一定浓度比例。为使循环母液中NH4HSO3/(NH4)2SO3的比值稳定,多出来的循环母液,要不断地移出送往分解系统。

3、脱硫效果

采用氨法脱硫,脱硫效率不低于96%,SO2排放浓度满足《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》中燃煤发电机组超低排放限值。

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