垃圾焚燒發(fā)電廠SNCR投運(yùn)后白煙分析_第1頁
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文檔簡介

第第頁垃圾焚燒發(fā)電廠SNCR投運(yùn)后白煙分析選擇性非催化還原脫硝法(SNCR)投運(yùn)后,電廠煙囪出現(xiàn)冒“白煙”現(xiàn)象.通過分析白煙的成分,確定白煙成分為氯化銨.使用氨逃逸激光光譜分析儀與煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合的試驗(yàn)方法,分析得到NH3Cl生成的特點(diǎn),制定SNCR噴氨控制策略,從而有效抑制白煙的生成.

引言

選擇性非催化還原脫硝法(SNCR)是目前在運(yùn)垃圾焚燒發(fā)電廠的主流。通過優(yōu)化鍋爐燃燒參數(shù)控制SNCR,可以保證垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣排放中氮氧化物(NO,)的排放滿足GB18485--2023(生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求。隨著SNCR在垃圾焚燒發(fā)電廠應(yīng)用的案例越來越多,經(jīng)常有在其投運(yùn)過程中出現(xiàn)煙囪冒“白煙”的案例。

1垃圾焚燒發(fā)電煙氣組分與污染物去除

因?yàn)槌鞘猩罾鴣碓捶浅?fù)雜,對比傳統(tǒng)的燃煤或燃?xì)怆姀S而言,垃圾焚燒發(fā)電煙氣組分也比較復(fù)雜。其煙氣含有的主要污染物有酸性氣體、煙塵、重金屬等,其中煙氣中的的酸性氣體主要由硫氧化物SO2)、氮氧化物(NOx)、氯化氫(HCl)組成。煙氣中的SO2、HCl可以通過傳統(tǒng)的半干法、干法或者濕法工藝去除,而煙氣中的NO。多通過選擇性非催化還原脫硝法(SNCR)去除。SNCR是指無催化劑的作用下,在適合脫硝反應(yīng)的“溫度窗口”內(nèi)噴入還原劑,將煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮?dú)夂退?。該技術(shù)一般采用氨、尿素或氫氨酸等還原劑。還原劑只和煙氣中的NOx反應(yīng),一般不與氧反應(yīng)。由于該工藝不用催化劑,因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴人850~1100℃的爐膛,迅速熱分解成NH3,與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2和水。在實(shí)際運(yùn)行過程中SNCR的反應(yīng)效率多在40%一50%,勢必存在一定量的氨逃逸。

2“白煙形成原因

由于垃圾焚燒電廠煙氣中硫氧化物、氯濃度較高,且在SNCR工作過程中存在一定量的氨逃逸,易生成硫酸銨與氯化銨。對比兩者的物化特性,白煙更符合氯化銨的性質(zhì)表現(xiàn)。

氯化銨(NH4C1)煙氣中HCl來源于含氯的塑料。HCl在溫度低于120℃的區(qū)域,易與NH3發(fā)生化合反應(yīng),形成白色固體氯化銨飛霧,其反應(yīng)機(jī)理如下:

NH3+HCl—NH4Cl(s)。

因煙氣在整個(gè)煙氣凈化系統(tǒng)中的最低溫度也保持在140℃以上,所以只有當(dāng)煙氣從煙囪出口排出與大氣接觸發(fā)生熱交換溫度降低時(shí),氯化銨才會生成,形成白煙。

3氨逃逸的測量及儀器

由于氯化銨的物化特性及垃圾焚燒電廠的工作條件,實(shí)驗(yàn)無法直接對氯化銨進(jìn)行測量??紤]到垃圾焚燒過程中氯離子的濃度相對比較穩(wěn)定,可以通過氨逃逸激光光譜分析儀比對煙氣中氨的光譜變化,從而對煙氣中的氨濃度進(jìn)行監(jiān)控。氨逃逸激光光譜分析儀采用一種高分辨率的光譜吸收技術(shù):激光穿過煙氣時(shí),通過快速調(diào)制激光頻率并使其掃過被測的氨氣吸收譜線的定頻率范圍,然后采用相敏檢測技術(shù)測量被氣體吸收后透射譜線中的諧波分量來分析煙氣中氨氣情況(如圖1所示)。

實(shí)驗(yàn)如果不考慮白煙問題,SNCR按照設(shè)計(jì)值運(yùn)行,電廠NOx排放的質(zhì)量濃度200mg/m3時(shí),NO。轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到50%以上。此過程中由于噴人爐膛內(nèi)的氨(NH,)在爐膛內(nèi)與煙氣不能進(jìn)行充分混合,造成NH,的相對過剩,而產(chǎn)生氨逃逸,最終在煙囪出口區(qū)域與煙氣中的氯離子形成氯化銨,生成白煙。

經(jīng)觀測,可以將白煙分為三個(gè)級別:極淡、淡煙、濃煙。從氨逃逸激光光譜分析儀檢測結(jié)果得出:極淡煙對應(yīng)的氨逃逸質(zhì)量濃度為0.380.38=0.76=0.76mg/m3。

4SNCR調(diào)節(jié)試驗(yàn)

經(jīng)試驗(yàn)分析得出SNCR噴氨量受到鍋爐進(jìn)風(fēng)量和爐膛溫度制約,進(jìn)風(fēng)量、爐膛溫度不理想或發(fā)生突變且SNCR噴氨量不進(jìn)行隨動調(diào)節(jié)時(shí),煙囪就會有白煙產(chǎn)生。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)爐膛溫度低于850℃時(shí),無論噴氨量如何調(diào)節(jié)都會有白煙生成,而且在此溫度下SNCR脫硝效果非常差;當(dāng)溫度低于860℃,NOx的轉(zhuǎn)化效率小于50%(如圖2所示)。

鍋爐工況可分為穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況。穩(wěn)態(tài)工況中鍋爐的風(fēng)量、爐膛溫度、SNCR噴氨量、煙氣中NO,排放以及煙氣中氨逃逸的濃度相對穩(wěn)定。試驗(yàn)可以確定爐膛溫升幅度和風(fēng)量增加幅度。根據(jù)CEMS(continuousemissionmonitoringsystem,煙氣在線分析系統(tǒng))反饋的煙氣中NO:排放量結(jié)合SNCR的反應(yīng)效率計(jì)算SNCR的噴氨量;通過氨逃逸分析儀測得的氨逃逸濃度,在保證NO。排放滿足標(biāo)準(zhǔn)(氨逃逸濃度0.76ms/m3)的情況下,確定鍋爐不同穩(wěn)態(tài)工況下的SNCR控制策略;繪制爐膛溫升、風(fēng)量以及SNCR噴氨量的三維等高線圖(MAP圖);通過試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化SNCR噴氨MAP圖,爭取使氨逃逸濃度0.38mg/m3。由于CEMS安裝在引風(fēng)機(jī)之后的煙囪人口處,煙氣從鍋爐第一煙道至CEMS需要一段時(shí)間,為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,文中試驗(yàn)規(guī)定的穩(wěn)態(tài)工況至少要維持10min。

由于試驗(yàn)?zāi)壳暗募夹g(shù)條件無法分析鍋爐內(nèi)部溫度場和流場的分布、變化情況,所以主要采用試驗(yàn)驗(yàn)證法研究鍋爐瞬態(tài)工況下鍋爐風(fēng)量與爐膛溫度的關(guān)系:當(dāng)鍋爐爐膛溫度較低,可以通過增加風(fēng)量促進(jìn)燃燒以提高爐膛溫度;當(dāng)爐膛溫度過高,則可以通過降低風(fēng)量抑制燃燒降低爐膛溫度(試驗(yàn)未考慮溫度與風(fēng)量出現(xiàn)背反關(guān)系的極端情況)。以風(fēng)量為主要的研究因素可以將瞬態(tài)工況的變化分成比原穩(wěn)態(tài)工況風(fēng)量增加和降低兩個(gè)方向。而鍋爐進(jìn)風(fēng)量無論突然增加還是突然降低,都會擾亂SNCR反應(yīng)區(qū)流場,造成SNCR反應(yīng)時(shí)間變短或者單位體積內(nèi)氨量的突然增加。瞬態(tài)工況下SNCR系統(tǒng)應(yīng)采取保守噴氨的控制策略,同時(shí)研究風(fēng)量隨時(shí)間及NOx排放的變化情況,確定SNCR噴氨量與風(fēng)量變化之間的關(guān)系,對SNCR的噴氨策略進(jìn)行優(yōu)化。

因?yàn)闊煔庵蠳Ox排放與SNCR噴氨量及SNCR白煙存在背反關(guān)系,即要保證NOx低排放就要多噴氨,這勢必會增加白煙產(chǎn)生的幾率;若為了保證煙囪不冒白煙而少噴氨,電廠煙氣中的NOx,就會有超標(biāo)排放的可能。所以SNCR控制策略第一原則為在保證煙氣中NOx排放達(dá)標(biāo)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于250rng/m3)的情況下,控制SNCR的噴氨量,從而抑制白煙的生成。

5SNCR運(yùn)行效果

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),在SNCR運(yùn)行過程中NO;排放僅在極少數(shù)情況下瞬時(shí)值排放超過250mg/m3。通過觀察可以發(fā)現(xiàn),SNCR控制程序減白煙效果明顯,由原來的長時(shí)間排放濃煙(白煙排放時(shí)間占全天時(shí)間的70%~80%),到現(xiàn)在絕大多數(shù)情況下無白煙(不可見)、偶爾排放淡煙并在極少數(shù)的極端情況下才會有濃煙排出(可見白煙排放時(shí)間占全天時(shí)間的5%~10%)。

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)氨逃逸數(shù)據(jù)在某些情況下急劇升高,經(jīng)測算甚至高于該時(shí)刻爐膛內(nèi)噴氨總值。經(jīng)排查,部分原因?yàn)闊煔鉂穸却?,部分水汽覆于儀器光電吸收端鏡頭片上形成霧滴,煙氣中的NH3,溶解于霧滴中,導(dǎo)致激光穿過鏡頭的過程中對NH3,生成錯(cuò)誤數(shù)據(jù);部分原因懷疑為垃圾中混有含NH3,的物質(zhì)在燃燒過程中釋放出來。

在穩(wěn)態(tài)工況下,電廠CEMS系統(tǒng)對SNCR系統(tǒng)有很好的反饋?zhàn)饔?,可以有效地幫助SNCR確定噴氨量,從而抑制煙氣中的NOx排放量;在瞬態(tài)工況中由于煙氣從爐膛至CEMS需要一定的時(shí)間,CEMS反饋的NO。排放值信號對SNCR噴氨量的控制意義不大,建議瞬態(tài)工況過程中SNCR采用開環(huán)控制方式。同時(shí),煙氣對氨逃逸儀器有明顯的腐蝕,在后續(xù)試驗(yàn)過程中,試驗(yàn)儀器的維護(hù)必須考慮。

6結(jié)論

(1)垃圾焚燒廠煙氣中含有NOx,脫除NOx需要在爐膛噴入氨或者尿素,少部分氨未參與反應(yīng),逃逸后在后續(xù)煙道和煙氣凈化系統(tǒng)中被吸收,負(fù)荷變化時(shí)偶爾會有少量的氨通過煙囪進(jìn)人大氣,一般進(jìn)入大氣的氨質(zhì)量濃度小于0.76mg/m3。

(2)垃圾焚燒煙氣中氯的成分較多,在煙囪出口溫度低于120oC的區(qū)域逃逸的氨易與煙氣中的氯反應(yīng)產(chǎn)生氯化銨,產(chǎn)生可見白煙。但產(chǎn)生的氯化銨濃度

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