燃煤鍋爐煙氣脫硝改造及運行總結(jié)

燃煤鍋爐煙氣脫硝改造及運行總結(jié)摘要：隨著國家對NO_x的排放限制要求越來越嚴(yán)格,在用燃煤鍋爐增設(shè)煙氣脫硝系統(tǒng)非常必要。概述了對在用燃煤鍋爐新增煙氣脫硝系統(tǒng)的改造及其工藝選擇、系統(tǒng)掌握、投資等,重點闡述了利用合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的稀氨水并采納選擇性非催化還原技術(shù)的煙氣脫硝系統(tǒng)的運行狀況、脫硝成本。實踐結(jié)果表明,采納選擇性非催化還原法脫硝技術(shù)是在用燃煤鍋爐進行煙氣脫硝改造的抱負(fù)選擇。0前言鍋爐煙氣脫硝是在鍋爐系統(tǒng)加入氨水，使煙氣中的氮氧化物(NOx)轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨?N2)的過程。國家對NOx的排放限制要求越來越嚴(yán)格，而工業(yè)企業(yè)在用的燃煤鍋爐是NOx氣體排放的最主要來源，其減排更是受到非常重視。2014年5月16日，國家環(huán)境愛護部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布了新的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271—2014)代替原標(biāo)準(zhǔn)(GB13271—2001)。新標(biāo)準(zhǔn)將鍋爐煙氣中的二氧化硫(SO2)排放濃度限值由≤900mg/m3(標(biāo)態(tài))提高至≤400mg/m3(標(biāo)態(tài))，煙塵排放濃度限值由≤150mg/m3(標(biāo)態(tài))提高至≤80mg/m3(標(biāo)態(tài))，并新增了燃煤鍋爐煙氣中NOx排放濃度限值≤400mg/m3(標(biāo)態(tài))的指標(biāo)。為了達到新標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求，在用燃煤鍋爐就必需新增煙氣脫硝系統(tǒng)或?qū)υ械拿摿?、除塵設(shè)施進行改造。目前，鍋爐煙氣中NOx的脫除方法主要有:①低氮燃燒技術(shù)，即在燃燒過程中掌握氮氧化物的生成，從源頭進行掌握，適用于大型燃煤鍋爐等，但該技術(shù)只能降低NOx排放值的30%～50%，無法確保達到新標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求;②選擇性催化還原技術(shù)，主要用于大型燃煤鍋爐，投資大、運行費用高;③選擇性非催化還原技術(shù)，主要用于垃圾焚燒廠等中、小型鍋爐，其效率低于選擇性催化還原技術(shù)，但投資省、建設(shè)周期短;④選擇性催化還原技術(shù)+選擇性非催化還原技術(shù)，主要用于大型燃煤鍋爐低NOx排放和場地受限的狀況，也比較適合于在用鍋爐大煙氣系統(tǒng)的脫硝改造項目。選擇性非催化還原技術(shù)不使用脫硝催化劑，采納爐膛噴射稀氨水脫硝，脫硝反應(yīng)最佳溫度一般在800～1050℃。稀氨水利用壓縮空氣進行霧化，確保與煙氣良好接觸，保證脫硝還原反應(yīng)充分進行，故比較適用于對現(xiàn)有中小型燃煤鍋爐的改造。依據(jù)三廢混燃鍋爐溫度分布、煙氣含塵量、脫硝設(shè)施置布置、改造投資及運行費用等特點，打算采用選擇性非催化還原技術(shù)對云南云天化股份有限公司云峰分公司(以下簡稱云峰分公司)在用的50t/h三廢混燃鍋爐實施煙氣脫硝改造。1在用燃煤鍋爐煙氣脫硝改造方法1.1選擇性非催化還原技術(shù)脫硝原理選擇性非催化還原技術(shù)是將氨水等還原劑直接噴入爐膛內(nèi)，在800～1050℃的高溫下與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2和H2O。在無催化劑作用下，氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx，基本上不與煙氣中的O2作用。NH3還原NOx的主要反應(yīng):4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O。不同還原劑有不同的反應(yīng)溫度范圍，NH3的反應(yīng)最佳溫度區(qū)間為850～950℃。溫度過高時，由于氨的分解會使NOx還原率降低;反應(yīng)溫度過低時，氨逃逸增加，不僅使NOx還原率降低，而且逃逸的氨會造成新的環(huán)境污染。為了確保鍋爐煙氣中NOx的脫除效果，選擇從爐膛的上部出口加入脫硝還原劑。選擇性非催化還原脫硝主要由稀氨水制備與存儲系統(tǒng)、稀氨水輸送系統(tǒng)、掌握安排系統(tǒng)、空氣噴射系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、脫硝反應(yīng)系統(tǒng)、電氣掌握系統(tǒng)等組成。采納合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的稀氨水或液氨球罐上部的氣氨按相關(guān)平安規(guī)程用冷脫鹽水在稀氨水儲罐內(nèi)配制的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%的稀氨水作為脫硝還原劑，經(jīng)稀氨水泵加壓后送至氨水噴槍，利用0.5～0.7MPa的壓縮空氣將稀氨水霧化后噴入鍋爐內(nèi)與煙氣中的NOx進行反應(yīng)。1.2工藝流程及脫硝設(shè)施選擇性非催化還原技術(shù)鍋爐煙氣脫硝工藝流程如圖1所示。<imgalt=“1.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Env/202003251439159267.jpg”/1.2.1稀氨水輸送系統(tǒng)稀氨水輸送系統(tǒng)由稀氨水儲罐(1臺，容積依據(jù)稀氨水用量確定)、稀氨水泵(2臺，1開1備)、自動調(diào)整閥、測量儀表和噴槍構(gòu)成。噴槍采納不銹鋼材料制造，每支噴槍配有氣動推動器，在DCS系統(tǒng)上可實現(xiàn)自動推動和退出噴槍的操作。稀氨水泵出口處設(shè)有循環(huán)回路和自動調(diào)整閥，可依據(jù)運行要求在DCS系統(tǒng)調(diào)整稀氨水的壓力和流量。1.2.2噴槍布置在50t/h三廢混燃鍋爐的上部爐膛出口外側(cè)布置噴槍2支，在爐膛中部布置噴槍2支，共計4支噴槍分上下2層布置。在鍋爐高負(fù)荷運行條件下，投運上層(爐膛出口)噴槍;在低負(fù)荷運行或鍋爐開車的條件下，因此時溫度較低，投運下層(爐膛中部)噴槍。在選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)投運時，一般投運2支噴槍即可，其余停運噴槍由掌握系統(tǒng)掌握退出爐膛，以避開噴槍受熱損壞。1.2.3爐前噴射設(shè)備噴槍(含噴嘴)采納不銹鋼制造，包括噴槍本體、噴嘴座、霧化頭、噴嘴罩四大部分。噴槍本體上的稀氨水進口和霧化空氣進口采納螺紋連接，通過2根金屬軟管分別與稀氨水管路和空氣管路連接。每支噴槍都配有氣動推動氣缸及掌握器，實現(xiàn)自動推動和退出噴槍的操作。推動器的位置信號接至DCS掌握系統(tǒng)，與開(停)霧化空氣和開(停)稀氨水的閥門動作聯(lián)動，實現(xiàn)整個脫硝系統(tǒng)噴槍的自動運行。1.2.4脫硝系統(tǒng)的自動調(diào)整及掌握稀氨水制備與儲存系統(tǒng)設(shè)置儲罐液位顯示和掌握、氨水濃度顯示;稀氨水輸送系統(tǒng)的稀氨水泵采納變頻掌握，在DCS掌握系統(tǒng)上進行掌握并顯示流量及泵的運行狀態(tài)等;空氣噴射系統(tǒng)噴槍的推動和退出均在DCS掌握系統(tǒng)上進行自動掌握，并顯示噴槍的工作狀態(tài)。為節(jié)約改造投資，脫硝DCS掌握系統(tǒng)合并至原鍋爐的DCS掌握系統(tǒng)。1.3脫硝系統(tǒng)主要指標(biāo)脫硝系統(tǒng)主要工藝指標(biāo)、脫硝系統(tǒng)投運后技術(shù)指標(biāo)與環(huán)保指標(biāo)對比如表1和表2所示。<imgalt=“2.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Env/202003251439157095.jpg”/2煙氣脫硝系統(tǒng)運行狀況2.1運行效果煙氣脫硝系統(tǒng)投運后，煙氣中NOx質(zhì)量濃度由500～550mg/m3(標(biāo)態(tài))降至150～250mg/m3(標(biāo)態(tài))，NOx脫除率在55%～75%，排放煙氣中的NOx含量遠(yuǎn)低于GB13271—2014中規(guī)定的指標(biāo)要求。2.2運行參數(shù)在鍋爐運行過程中，脫硝溫度與煙氣中NOx含量的關(guān)系如圖2所示。<imgalt=“3.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Env/202003251439150199.jpg”/從圖2可看出:煙氣中NOx的脫除效果并非溫度越高越好，還原劑加入點的溫度在700～800℃范圍內(nèi)的脫硝效果較好，煙氣中NOx脫除率較高，還原劑消耗量和運行成本較低;當(dāng)溫度超過850℃時，隨著溫度上升，脫硝后煙氣中NOx含量也上升，NOx脫除率明顯下降，原劑消耗量上升。因此，脫硝還原劑加入點特別關(guān)鍵，對脫硝還原劑的消耗及運行費用和NOx的脫除率影響較大。脫硝還原劑的選擇是煙氣脫硝后能否達標(biāo)排放的關(guān)鍵。云峰分公司曾因生產(chǎn)系統(tǒng)條件轉(zhuǎn)變而不再產(chǎn)生稀氨水，嘗試直接采納氣氨作為脫硝還原劑進行煙氣脫硝，結(jié)果NOx的脫除率幾乎為零。脫硝還原劑加入點選擇在鍋爐爐膛出口，在正常運行狀況下，溫度處于最佳脫硝溫度范圍內(nèi)，但鍋爐開車時鍋爐爐膛出口氣體溫度太低，達不到還原劑與煙氣中NOx反應(yīng)的要求。為解決此問題，可在爐膛中下部設(shè)置開車脫硝噴槍，即鍋爐開車升溫時，隨著料層溫度上升、NOx產(chǎn)生的同時，利用開車脫硝噴槍噴入還原劑進行脫硝，確保開車過程中煙氣達標(biāo)排放。待運行正常后，停運開車脫硝噴槍并將其退出，以防燒損，同時改用爐膛出口噴槍。3運行成本及投資分析如表3所示，噸蒸汽平均耗氨(折100%)2.33kg，噸蒸汽的脫硝運行成本一般在5～6元，若利用合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的稀氨水，則運行成本更低。1臺50t/h三廢混燃鍋爐采納選擇性非催化還原技術(shù)進行煙氣脫硝改造，總投資不到50萬元，改造周期1～2個月。<imgalt=“4.jpg”border