燃煤鍋爐煙氣脫硝改造及運(yùn)行總結(jié)

燃煤鍋爐煙氣脫硝改造及運(yùn)行總結(jié)摘要：隨著國(guó)家對(duì)NO_x的排放限制要求越來(lái)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(duì)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(diǎn)闡述了利用合成氨生產(chǎn)過(guò)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(yùn)行狀況、脫硝成本。實(shí)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(jìn)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(dú)?N2)的過(guò)程。國(guó)家對(duì)NOx的排放限制要求越來(lái)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(lái)源，其減排更是受到非常重視。2014年5月16日，國(guó)家環(huán)境愛(ài)護(hù)部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(dá)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械拿摿颉⒊龎m設(shè)施進(jìn)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(guò)程中掌握氮氧化物的生成，從源頭進(jìn)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(wú)法確保達(dá)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(yùn)行費(fèi)用高;③選擇性非催化還原技術(shù)，主要用于垃圾焚燒廠(chǎng)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(chǎng)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(xiàng)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(jìn)行霧化，確保與煙氣良好接觸，保證脫硝還原反應(yīng)充分進(jìn)行，故比較適用于對(duì)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(yùn)行費(fèi)用等特點(diǎn)，打算采用選擇性非催化還原技術(shù)對(duì)云南云天化股份有限公司云峰分公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)云峰分公司)在用的50t/h三廢混燃鍋爐實(shí)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(wú)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(guò)高時(shí)，由于氨的分解會(huì)使NOx還原率降低;反應(yīng)溫度過(guò)低時(shí)，氨逃逸增加，不僅使NOx還原率降低，而且逃逸的氨會(huì)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(chǔ)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(guò)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(chǔ)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?zhuān)?.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(jìn)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(chǔ)罐(1臺(tái)，容積依據(jù)稀氨水用量確定)、稀氨水泵(2臺(tái)，1開(kāi)1備)、自動(dòng)調(diào)整閥、測(cè)量?jī)x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(dòng)推動(dòng)器，在DCS系統(tǒng)上可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)推動(dòng)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(dòng)調(diào)整閥，可依據(jù)運(yùn)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(jì)4支噴槍分上下2層布置。在鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行條件下，投運(yùn)上層(爐膛出口)噴槍;在低負(fù)荷運(yùn)行或鍋爐開(kāi)車(chē)的條件下，因此時(shí)溫度較低，投運(yùn)下層(爐膛中部)噴槍。在選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，一般投運(yùn)2支噴槍即可，其余停運(yùn)噴槍由掌握系統(tǒng)掌握退出爐膛，以避開(kāi)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(jìn)口和霧化空氣進(jìn)口采納螺紋連接，通過(guò)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(dòng)推動(dòng)氣缸及掌握器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)推動(dòng)和退出噴槍的操作。推動(dòng)器的位置信號(hào)接至DCS掌握系統(tǒng)，與開(kāi)(停)霧化空氣和開(kāi)(停)稀氨水的閥門(mén)動(dòng)作聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)脫硝系統(tǒng)噴槍的自動(dòng)運(yùn)行。1.2.4脫硝系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整及掌握稀氨水制備與儲(chǔ)存系統(tǒng)設(shè)置儲(chǔ)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(jìn)行掌握并顯示流量及泵的運(yùn)行狀態(tài)等;空氣噴射系統(tǒng)噴槍的推動(dòng)和退出均在DCS掌握系統(tǒng)上進(jìn)行自動(dòng)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(yùn)后技術(shù)指標(biāo)與環(huán)保指標(biāo)對(duì)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(yùn)行狀況2.1運(yùn)行效果煙氣脫硝系統(tǒng)投運(yùn)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(yùn)行參數(shù)在鍋爐運(yùn)行過(guò)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(diǎn)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(yùn)行成本較低;當(dāng)溫度超過(guò)850℃時(shí)，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(diǎn)特別關(guān)鍵，對(duì)脫硝還原劑的消耗及運(yùn)行費(fèi)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(dá)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(jìn)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(diǎn)選擇在鍋爐爐膛出口，在正常運(yùn)行狀況下，溫度處于最佳脫硝溫度范圍內(nèi)，但鍋爐開(kāi)車(chē)時(shí)鍋爐爐膛出口氣體溫度太低，達(dá)不到還原劑與煙氣中NOx反應(yīng)的要求。為解決此問(wèn)題，可在爐膛中下部設(shè)置開(kāi)車(chē)脫硝噴槍?zhuān)村仩t開(kāi)車(chē)升溫時(shí)，隨著料層溫度上升、NOx產(chǎn)生的同時(shí)，利用開(kāi)車(chē)脫硝噴槍噴入還原劑進(jìn)行脫硝，確保開(kāi)車(chē)過(guò)程中煙氣達(dá)標(biāo)排放。待運(yùn)行正常后，停運(yùn)開(kāi)車(chē)脫硝噴槍并將其退出，以防燒損，同時(shí)改用爐膛出口噴槍。3運(yùn)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(yùn)行成本一般在5～6元，若利用合成氨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的稀氨水，則運(yùn)行成本更低。1臺(tái)50t/h三廢混燃鍋爐采納選擇性非催化還原技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硝改造，總投資不到50萬(wàn)元，改造周期1～2個(gè)月。<imgalt=“4.jpg”border