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SNCR+活化剂脱硝工艺在燃煤及生物质锅炉全负荷超低排放改造中的成功应用
来源:    发表日期: 2020/10/29    阅读次数: 652

     

   我公司在对70MW燃煤链条锅炉,58MW燃煤链条锅炉,130T/H燃煤流化床锅炉,75T/H生物质流化床锅炉,130T/H生物质链条锅炉,20T/H生物质链条锅炉等项目的环保改造中,应用该脱硝工艺,达到了稳定超低排放。投资小,运行费用低,取得了相当经济效益。特别是在生物质锅炉低温燃烧情况下的脱硝改造中,更是取得了效果。下面主要以生物质电厂的脱硝改造成功案例来介绍该工艺:

一、生物质锅炉脱硝简介:

生物质锅炉主要是利用生物质燃料燃烧后释放的热能通过热传递给容器内的水,转换成一定压力蒸汽的热力设备。生物质锅炉燃料多来源于农作物秸秆、树枝、树皮、还有建筑模板及木屑等可再生资源。属于绿色清洁能源。得到国家的大力推广。

生物质锅炉的燃烧方式基本分为两种类型,即炉排炉和流化床锅炉。

炉排炉燃烧设备采用水冷振动炉排或是传统炉排,振动炉排可以动播料、均料,有利于生物质燃料的干燥、着火、燃烧,是一种比较理想的生物质燃烧方式,多在电力锅炉中应用。但在锅炉运行过程中,炉排的周期性振动导致炉膛负压和炉膛温度出现周期性波动。炉排开始振动后,炉排上的燃料受力翻滚、炉渣落入渣池,同时炉排上方的风阻迅速减小,间歇期在风室中形成的高压瞬间得到释放,炉排风流量急剧增大,生物质燃料被炉排风吹入炉膛,在炉膛内呈悬浮状态快速受热分解燃烧,造成炉膛内烟气紊流发生变化,同时出现炉膛温度发生忽高忽低现象,炉温最高可达1000℃以上,期间会造成NOx含量激增。炉膛内负压、烟气紊流及炉温的剧烈变化都会给脱硝剂在炉内的NOx控制造成难度。

生物质流化床锅炉和常规燃煤流化床锅炉结构差不多,但是由于生物质燃料灰份小,需要增加床料补充系统,运行中要定期补充底料。另外生物质燃料灰渣的碱金属含量高,灰渣的熔融温度非常低,这就决定了该种炉型的床温很低,一般控制在750℃左右,甚至很多时候炉膛温度低于700℃,在该温度下,以氨水为脱硝剂的炉内SNCR脱硝基本就不反应,无法满足现阶段环保部门的要求。

生物质锅炉进料系统复杂,经常出现料仓膨料,因生物质燃料湿度大导致的湿料抱团,螺旋给料机不出料、皮带输送机堵料等会造成炉膛负压和炉膛温度出现大范围波动。导致硫氧化物,氮氧化物生成量发生剧烈变化,给环保指标的控制带来很大难度。

二、生物质锅炉脱硝简介:

目前国内燃煤电厂普遍采用的NOX控制技术有两类:一种是低氮燃烧技术(LNB),另一种是烟气脱硝技术。目前很难单独通过低氮燃烧技术满足排放法规的要求,但是通过减少炉内的NOX生成量可以降低烟气脱硝装置的运行成本。烟气脱硝技术主要有SCR选择性催化还原法、SNCR选择性非催化还原法和SCR+SNCR混合法三种烟气脱硝技术。对生物质锅炉的烟气治理研究相对较弱,基本还是依照燃煤锅炉的思路来的。但是生物质锅炉烟气又有它自己的特点:

1)二氧化硫、氮氧化物浓度低、波动大;燃烧纯生物质时SO2NOx浓度在120250mg/m3波动,如燃料中掺杂模板、木材、树皮,烟气中SO2NOx浓度在 250600 mg/m3波动。

2)生物质中氢元素含量较高,烟气中含水量也高,达15%30%

3)生物质烟尘含碱金属质量分数较高,可达8%以上。

4)生物质炉排炉SNCR脱硝效率为10%25%,生物质循环流化床SNCR脱硝效率为40%60%,脱硝效率均不稳定,并且都不能稳定达到超低排放要求的50mg/Nm3以下。

由于SNCR脱硝效率低,需结合SCR脱硝技术,才能达到更高的脱硝效率。但生物质燃料本身含有KNaCa等碱性物质,燃烧后形成飞灰进入SCR系统,吸附在SCR催化剂表面或堵塞催化剂孔道,并且与催化剂表面活性成分发生反应,造成催化剂中毒失活。针对这一问题,很多厂家也投入了大量的人力物力,研究出抗碱金属中毒的催化剂,适用生物质锅炉脱硝的低温催化剂,烟气再加热SCR脱硝工艺,还有陶瓷滤筒的除尘脱硝一体化的脱硝技术。但都没有被长期使用验证,并且价格昂贵,初期投资巨大,后期的运行费用也居高不下,让很多电厂望而却步,不敢轻易尝试。

三、生物质锅炉脱硝解决方案:

为解决生物质锅炉脱硝难、投资运行成本高等问题,我公司通过不懈努力,多次试验,终于找到了一种利用炉内SNCR脱硝工艺就能达到超低排放的方法.即在原有SNCR炉内脱硝基础上,将脱硝剂更换为尿素溶液,并添加我公司研制的生物质脱硝活化剂,提高脱硝剂的反应强度,增加脱硝剂反应的温度窗,使得脱硝剂在低温下仍然可以达到很高的脱硝效率。另外为了配合低温下的脱硝,我公司还研发了高雾化的喷枪,雾化后的液滴能达到10微米以下,喷入炉膛后能迅速的气化,然后跟烟气充分的混合,实现生物质锅炉脱硝超低排放。为生物质锅炉的脱硝改造节约了大量的投资和运行成本。

我公司研发的脱硝活化剂少量添加,可以明显提高低温区域的脱硝效率,同时使NH3泄漏曲线明显往低温方向偏移,添加少量的活化剂可以明显降低N2O排放,这在尿素做为脱硝剂的SNCR工艺中尤为明显。活化剂的添加明显提高了尿素热解气中HNCO向NH3的转化率,N2O排放大量减少。同时,较低氨氮比工况的脱硝效率促进作用相对更为明显,较高氨氮比工况脱硝温度窗口宽度的扩展作用相对更为有效,而较低氧含量工况的脱硝效率促进效果也相对更为显著。其本质属于生物质成分,主要为醇类和烷类物质,对锅炉受热面没有腐蚀,不产生二次污染物,无毒无害。

四、生物质锅炉脱硝成功案例:

1)130t/h生物质水冷振动炉排锅炉脱硝案例:

该生物质锅炉为无锡华光锅炉股份有限公司生产的水冷振动炉排炉,高温高压锅炉。锅炉型号:UG-130/9.8-J。原始氮氧化物浓度为120-150mg/Nm3左右,原脱硝系统为炉内SNCR脱硝,脱硝剂为氨水。运行发现效率很低,氮氧化物排放浓度一般在70mg/Nm3左右,无法达到超低排,最后由我们公司给予改造,在原脱硝系统的基础上,增加了尿素溶解罐,将脱硝剂更改为尿素溶液,并增加活化剂储存、输送系统,更改后达到稳定超低排放。

原始浓度,放大后可以看到排放值168mg/Nm3


   原脱硝系统图

   

改造后脱硝排放指标

   在线监测数据

   

   

     氮氧化物测点DCS趋势图

2)75t/h生物质CFB锅炉脱硝案例:

2×75t/h生物质流化床锅炉,锅炉型号TG-75/9.8-T,浙江大学热能技术研究所设计,南通万达锅炉有限公司制造。锅炉的主要燃料为当地的农作物秸秆、树枝树皮、模板等生物质燃料。脱硝系统为SNCR炉内脱硝,脱硝剂为氨水,一炉一套。因脱硝效果不明显,喷入的氨水基本不反应,灰渣中的氨气味道很大,影响灰渣的销售,平时几乎不用。原始浓度最高可以到300mg/Nm3多。改造后达到超低排放。

脱硝系统图

2#锅炉氮氧化物SEMS数据

 

1#炉氮氧化物SEMS检测数据

改造前氮氧化物检测数据值DCS测点趋势图

改造后氮氧化物DCS测点趋势图

  3)35t/h生物质链条炉排炉脱硝案例:

一台35t/h链条炉排锅炉,正转炉排,热水锅炉。主要燃料为稻壳,稻壳燃烧后灰渣外卖。脱硝系统为新上,由我公司承建。原始氮氧化物浓度为100mg/Nm3左右,硫氧化物为47mg/Nm3左右。安装脱硝系统以后达到稳定超低排放,而且兼顾脱硫。

未投入脱硝时SEMS检测数据

投入脱硝系统后SEMS检测数据

现场记录表

第一栏为氧含量,第二栏为氮氧化物浓度实测值和折算值,第三栏是炉膛温度,第四栏是硫氧化物浓度实测值。

总结:通过以上案例证明,我公司在生物质锅炉脱硝方面技术先进,脱硝活性反应剂效果明显,在各种工况下都能达到超低排放标准.更重要的是投资省,运行费用低,是当前生物质锅炉以及燃煤锅炉脱硝超低排放选择。








 
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