|
|
|
|
发表人：XUEDONGXU |
发表时间：2016/6/12 16:04:00 |
|
|
| 本栏论题： |
SNCR技术在CFB锅炉烟气脱硝中的应用 [1466] |
0、引言 氮氧化物（NOx）是燃煤电厂排放的主要污染物之一，也是近年受到极大关注的一种污染物。目前，国内外已经发展出了多种NO
AD：广告链接
0、引言
氮氧化物（NOx）是燃煤电厂排放的主要污染物之一，也是近年受到极大关注的一种污染物。目前，国内外已经发展出了多种NOx的脱除工艺。在各种NOx脱除工艺中，选择性非催化还原（SNCR）脱硝工艺具有成本低、占地面积小、设施简单的优点，尤其适合老电厂的改造。由于大多数锅炉处于SNCR脱硝工艺温度窗口内的空间很小，还原剂与烟气不能及时均匀地混合，且在反应温度窗口内的停留时间过短，使得其在实际工业工程应用中的脱硝效率较低。循环流化床锅炉是一种具有低氮燃烧效果的锅炉，在其上部或分离器区域采用SNCR脱硝技术可实现60%左右的脱硝效率，从而实现降氮脱硝的目的。
1、SNCR技术概述
1.1 技术原理
选择性非催化还原法（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）脱硝工艺是在不使用催化剂的条件下，将氨水、尿素等还原剂喷入锅炉炉内，先热分解成NH3，再与NOx进行选择性氧化还原反应，生成无害的氮气和水的一种脱硝方法。该技术以炉膛为反应器，将还原剂喷入炉膛温度为850-1100度的区域，还原剂迅速热分解NH3与烟气中的NOx反应生成N2和H2O。
1.2 技术特点
SNCR烟气脱硝技术的主要特点为：脱硝效果较明显，应用在大型燃煤锅炉上能够达到30%-50%的NOx倍除率；在中小型燃煤上（特别是循环流化床锅炉）可达到50%-70%的脱硝效率；还原剂多样易得；脱除NOx的还原剂一般都是含氮的物质，包括氨、尿素和各种铵盐，应用广泛的是氨和尿素；SNCR脱硝系统运行过程没有任何固体或液体的污染物或副产物生成，无二次污染；阻力小，对锅炉的正常运行影响较小；投资成本和运行成本低；系统简单；不需要改变现有锅炉的设备设置，只需增加还原剂的储存模块、稀释计量模块、分配喷射模块；施工时间短。
1.3 雾化喷枪
雾化喷枪是SMCR脱硝系统的关键设备，一般由压缩气体系统、液体管路系统、雾化喷枪、喷枪保护套管组成。为了达到良好的脱硝效率，对于不同类型、容量的锅炉，雾化喷枪的运行参数是不同的，其设计参数由CFD模拟确定。
经过试验研究、工程实践已成功研发出一种对锅炉烟气SNCR脱硝系统适应性较好的雾化喷枪，防爆管雾化喷枪。该喷枪制造过程可以通过改变液体室、雾化室、喷嘴出口孔径等参数，运行过程可控制液体、气体的压力等参数，从而实现良好的雾化效果，以满足脱硝系统所需。该喷射器结构简单、造价低、无易耗品；雾化效果好，不产生液滴，对水冷壁没有不良影响；雾化气源可选择压缩空气或过热蒸汽。
1.4 影响因素
1.4.1 反应温度
以尿素作为SNCR的还原剂，其反应的温度窗口为850-1150度。锅炉炉膛随运行负荷的变化呈规律性分布，所以向炉膛中喷入还原剂的喷射器应当采用分层布置，以适应锅炉负荷的变化，确保喷射点在最佳反应窗口内。一般来说，SNCR温度窗口大体对应于锅炉燃烧器上部至折焰角之间的区域。炉膛温度较高的循环流化床锅炉，可将还原剂的喷射器布置在炉
膛与分离器之间的水平烟道上。
1.4.2 NH3 x摩尔比
一般情况下，NH3 x摩尔比取值1.0-2.0之间，最大不超过2.5。氨氮比增大虽然有利于NOx的还原，但是NH3泄漏量会随之增加。在SNCR脱硝系统运行中，基于脱硝效果与运行成本的考虑，一般选用1.4-1.6NH3 x摩尔比。
1.4.3 停留时间
SNCR脱硝反应过程包括：从喷射器中射出的尿素溶液与烟气混合；尿素溶液中水的蒸发；尿素被高温热解成NH3；NOx与NH2反应生产N2、H2O。上述反应过程都在温度窗口内完成是SNCR系统取得理想效果的重要保证。因此，延长还原剂在温度窗口下的停留时间脱硝反应充分进行的非常必要的条件。研究表明，停留时间与锅炉结构有较大的关系，应该保证停留时间在0.7-1.0s。
1.4.4 其他因素
氧含量是SNCR还原反应进行的一个重要因素：没有O2存在条件下，NOx脱除效率很低；当O2浓度从2%增加到4%时，还原NOx的量不随其变化；随O2浓度进一步增加，脱硝效率反而下降。为了提高SNCR的脱硝效率、降低温度窗口，可投入的添加剂有H2、CH4、CO等。
2、CFB锅炉脱硝的必要性与可行性
CFB锅炉以其环保、节能和良好的燃料适应性已被广泛采用，特别是用于造纸、纺织行业的工业锅炉。循环流化床锅炉是一种具有低氮燃烧效果的锅炉，其燃煤产生的NOx浓度为250-600mg/m3（主要取决于煤的品种），随着环保要求的不断提高，需要对CFB燃煤产生的烟气进行降氮脱硝处理。
SCR脱硝系统虽然可以取得高达90%的NOx倍除率，但SCR技术存在催化剂价格昂贵、寿命周期短的问题，导致投资较大，限制了其广泛应用。SNCR脱硝技术具有成本低、占地面积小、设施简单的优点，尤其适合老电厂的改造。SNCR脱硝技术可在CFB锅炉烟气处理中获得50%以上的脱硝效率，从而满足不断提高的环保标准的要求。因此，从技术、投资角度考虑，CFB锅炉烟气选择SNCR是一种经济实用的脱硝技术。
燃烧温度较高（炉膛最高温度达1050度）的CFB锅炉具有一个非常有效的还原剂喷入点和混合反应器—旋风分离器。旋风分离器内的烟气扰动强烈，有利于实现喷入的还原剂与烟气之间迅速、均匀地混合；wvyb3kkd的温度范围均属于SNCR反应温度窗口，气体在分离器内的流动路径较长，可延长反应停留时间。该类CFB锅炉的SNCR系统的还原剂喷射点可设置在炉膛与旋风分离器之间的水平烟道上，其脱硝效率能达到60%，甚至达到70%。一股的CFB锅炉（炉膛最高温度约900度）的SNCR系统的还原剂喷射点设置在炉膛的上部，其脱硝效率能为40%-60%。
3、工程实例
2010年，广州某纺织印染有限责任公司自备电厂4*75t/hCFB锅炉烟气进行降氮脱硝改造。改造前，NOx排放浓度约为500MG/M3，环保治理要求NOx排放浓度低于200mg/m3，且脱硝效率不小于60%。本工程采用SNCR技术对FCB锅炉燃煤产生的NOx进行处理。经CFB模拟确定：喷射器分两层设置炉膛的上部（高程分别为20m、24m），工作点温度约为850度。尿素溶液在喷射器中被压缩空气雾化，以微细液滴状态喷入炉膛；在高温什么样下，尿素被热解成NH2、CO，并选择性的与烟气中的NOx发生氧化还原反应，生成N2、H2O，造成微量的NH3逃逸。
3.1 SNCR脱硝系统的组成
3.1.1 尿素供应站
尿素存储系统、尿素溶液配制系统和尿素溶液储存系统集中布置，共同组成尿素供应站。尿素供应站占地面积约80m2，高约7m。它的主要设备包括尿素配制罐、尿素溶液储罐、尿素溶液输送泵和尿素溶液循环模块。在尿素站内，完成尿素储存、尿素溶液配制与储存的任务，将质量浓度50%尿素溶液泵送到锅炉平台的稀释计量模拟。
3.1.2 稀释计量模块
稀释计量模块布置于锅炉7m平台上，每台锅炉设置1套稀释计量模块。每套稀释计量模块的主要设备包括稀释水输送泵、电磁流量计、混合器、电动阀及监控仪表。稀释计量模块的任务是：准确计量进入模块的稀释水流量、尿素溶液流量，经混合器将尿素溶液稀释成5%喷射液，并将其输送至炉前的喷射模块。
3.1.3 炉前喷射模块
每台锅炉喷射器分两层布置（下层3个喷射器、上层4个喷射器），以适应锅炉负荷变化引起的炉膛烟气温度变化，使尿素溶液在最佳反应温度窗口喷入炉膛。每层喷射器设置1套喷射模块以控制该层喷射器是否投运及每个喷射器的喷射量。各喷射器的尿素管道和压缩空气管道均设有调节阀门及监控仪表，控制控制喷射器的流量。喷射器以快装接头形式与锅炉外墙连接，方便不投运的喷射器及时退出炉膛避免高温受热。
3.1.4 自动控制系统
尿素站使用独立PLC系统，采用现场直接触屏控制。每台锅炉均设置单独的PLC控制系统，各配备一套上位机系统，预留与厂方DCS通迅接口；设有历史记录、报警查询等功能。控制系统根据现场传感器采集的信号，监视、控制与调节主要设备运行情况，实现脱硝系统的高效、安全运行。
3.2 SNCR脱硝系统的调节与试运行
通过调试确定SNCR脱硝系统及各设备的控制参数，为制定运行规程提供试验依据。当喷射尿素质量浓度为5%、运行负荷为75%时，投运下层喷枪的脱硝效率为62.5%、投运上层喷枪的脱硝效率为54.5%；当喷射尿素溶液质量浓度为5%、运行负荷为95%时，投运下层喷枪的脱硝效率的脱硝效率为53.8%、投运上层喷枪的脱硝效率为63.5%。可见根据锅炉运行负荷选择脱硝系统喷射导对脱硝情况、脱硝效果与CFD模拟吻合。为了保证脱硝效率>60%，运行负荷低于80%时，应当投运下层喷枪；运行负荷大于80%时，应当投运上层喷枪。
通过168h试运行证明，循环流化床锅炉SNCR脱硝系统运行稳定可靠；能够以合适的经济状态满足脱硝要求；脱硝技术指标达到设计要求。
3.3 监测结果
在喷射尿素溶液质量浓度为5%时，经广州市环境保护监测站监测，脱硝系统运行主要效果指标达到预定目标：脱硝效率>60%，NOx排放浓度低于200mg/m3。系统氨逃逸浓度低于设计值。
4、结语
随着环保法规要求的日益严格，我国氮氧化物的排放控制已被列为“十二五”环保规划的重点工作。采用SNCR脱硝技术处理燃煤烟气是一项技术可靠、性价比高的技术。SMCR脱硝技术在中小型循环流化床锅炉有广泛的应用前景，可获得较高的处理效率，满足排放限值的要求。 |
|
|
自动化资料下载
自动化产品
