霍高偉

冀中能源股份有限公司章村礦矸石熱電廠 河北 邢臺(tái)054103

一、改造前現(xiàn)狀及項(xiàng)目實(shí)施的背景

2018年6月1日河北省大氣污染防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室發(fā)布文件《河北省鋼鐵、焦化、燃煤電廠深度減排實(shí)施方案》(冀氣領(lǐng)辦2018-156號(hào)),要求推進(jìn)燃煤電廠深度減排改造,著力減少污染物排放,實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)行業(yè)綠色發(fā)展,要求燃煤電廠的氮氧化物排放濃度不高于30 mg/m3。

二、國內(nèi)現(xiàn)有脫硝技術(shù)方案對(duì)比和最終方案的確定

脫硝深度治理技術(shù)相對(duì)比較成熟,燃煤電廠比較廣泛采用的技術(shù)一般為SNCR+SCR(選擇性催化還原)技術(shù),綜合脫硝效率達(dá)到80%左右。

結(jié)合實(shí)際情況,章村礦電廠對(duì)各種脫硝方案進(jìn)行了比較。

SCR脫硝工藝需于鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器間加裝還原劑噴射裝置,經(jīng)考察,目前電廠省煤器與空氣預(yù)熱器之間位置空間有限,此方式因?qū)﹀仩t尾部受熱面改動(dòng)較大,易造成鍋爐尾部換熱效率下降進(jìn)而影響鍋爐效率,該方案投資約600 萬元,煙氣管路的外引又至少造成鍋爐煙氣系統(tǒng)壓損1000Pa左右,還需對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)的出力進(jìn)行重新校核。

新式脫硝技術(shù)是對(duì)原SNCR脫硝系統(tǒng)的升級(jí)改造,反應(yīng)原理同原SNCR相近,新式脫硝系統(tǒng)新加裝尿素-蒸汽混合器,在鍋爐爐膛側(cè)面布置上、中、下三層噴嘴,尿素溶液和蒸汽分別通過尿素輸送泵和蒸汽自身壓力在尿素-蒸汽混合器內(nèi)進(jìn)行混合,達(dá)到蒸汽霧化尿素溶液的目的,經(jīng)過霧化的尿素溶液更具活性,通過布置在鍋爐爐體上、中、下三層噴槍打入鍋爐爐膛內(nèi),與鍋爐燃燒產(chǎn)生的氮氧化物進(jìn)行充分反應(yīng),脫除氮氧化物。前期投資150萬元,后期運(yùn)行時(shí)可代替現(xiàn)有SNCR 脫硝系統(tǒng),運(yùn)行成本較現(xiàn)有SNCR 系統(tǒng)更低。

通過比較,無論在前期資金投入還是后期運(yùn)行維護(hù)方面,新式脫硝技術(shù)都具有無可比擬的優(yōu)勢(shì),前期資金投入較少,后期運(yùn)營成本較現(xiàn)有SNCR運(yùn)營成本更低,而脫硝效率較SCR脫硝和臭氧脫硝技術(shù)更高,所以新式脫硝技術(shù)成為首選的深度治理改造脫硝技術(shù)。

三、技術(shù)原理及項(xiàng)目實(shí)施

章村礦電廠現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐是通過SNCR脫硝方法降低氮氧化物排放。SNCR脫硝技術(shù)對(duì)溫度區(qū)間的要求比較苛刻,為800-950℃,所以循環(huán)流化床鍋爐一般將SNCR脫硝系統(tǒng)布置在鍋爐爐膛出口至旋風(fēng)分離器入口的拐彎煙道內(nèi)。且該SNCR脫硝系統(tǒng)只能通過加大尿素使用量來降低氮氧化物排放濃度,系統(tǒng)反應(yīng)效率一般在60%左右,即使尿素溶液加大投入量,也滿足不了深度減排的要求,反而因尿素溶液的過多投入導(dǎo)致電廠煙氣氨逃逸數(shù)值較高,引起二次污染。

新式脫硝系統(tǒng)是對(duì)原系統(tǒng)的升級(jí)改造,反應(yīng)原理同原SNCR相近,新式脫硝系統(tǒng)新加裝尿素-蒸汽混合器,在鍋爐爐膛側(cè)面布置上、中、下三層噴嘴,尿素溶液和蒸汽分別通過尿素輸送泵和蒸汽自身壓力在尿素-蒸汽混合器內(nèi)進(jìn)行混合,達(dá)到蒸汽霧化尿素溶液的目的,經(jīng)過霧化的尿素溶液更具活性,與鍋爐燃燒產(chǎn)生的氮氧化物進(jìn)行充分反應(yīng),脫除氮氧化物。

新式脫硝技術(shù)的核心原理是還原劑(尿素)通過蒸汽激波進(jìn)行霧化,并通過噴嘴進(jìn)行噴射,將尿素水溶液汽化后直接噴入合適溫度區(qū)域(800-1300℃)。還原劑在蒸汽激波霧化后迅速汽化,其中的氨與爐膛煙氣中的NO發(fā)生化學(xué)反應(yīng),還原出N2和水,水由液態(tài)轉(zhuǎn)化成氣態(tài),沒有化學(xué)變化,但它起到了分散劑的作用。同時(shí),水蒸氣與熾熱的碳也發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成的CO易可作為還原劑,與一氧化氮發(fā)生化學(xué)反應(yīng),整個(gè)新式脫硝技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)式如下:

從以上可以看出,水蒸氣在合適的溫度的條件下也是可以作為還原劑參與氮氧化物去除反應(yīng)的,水蒸氣輔以少量的尿素則可以實(shí)現(xiàn)深度脫硝。

新式脫硝系統(tǒng)中,尿素和蒸汽的混合氣體是以氣態(tài)的形式噴入鍋爐的,而傳統(tǒng)的SNCR脫硝技術(shù)是以壓縮空氣霧化尿素溶液為較小的液滴噴入鍋爐,氣態(tài)形式的混合氣體較液態(tài)的尿素溶液更具活性,參與化學(xué)反應(yīng)速度更快、反應(yīng)更充分。

四、項(xiàng)目實(shí)施效果

新式脫硝裝置于2019年11月投入使用后,脫硝效率最高達(dá)到90%以上,裝置運(yùn)行穩(wěn)定,脫硝效果明顯。

1.化學(xué)反應(yīng)更快、效率更高。尿素經(jīng)激波氣化裝置汽化后液體的體積增加了許多,因而增加了熱解后的尿素與NOx的反應(yīng)接觸面積,氣/氣反應(yīng)是最快的化學(xué)反應(yīng),因而降低了未參與化學(xué)反應(yīng)的NOx的量,提高了尿素的脫硝效率。

2.化學(xué)反應(yīng)所需溫度區(qū)間較大。SNCRz霧化脫硝技術(shù)對(duì)溫度的要求區(qū)間比較大,800-1300℃的溫度區(qū)間內(nèi)均可進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),這就使得該套裝置在鍋爐上的安裝部位更廣泛,章村礦電廠將噴嘴分三層布置在爐膛的上、中、下側(cè)面(12個(gè)槍/層),由此提高了尿素的覆蓋面積,煙氣流經(jīng)三層噴槍噴嘴形成噴射面,使反應(yīng)更加充分,大幅度減少了氮氧化物的逃逸。

3.尿素使用量更少。H2O(蒸汽)+C(熾熱)=CO+H2

因水蒸氣在合適的溫度的條件下也是可以作為還原劑參與氮氧化物去除反應(yīng)的,水蒸氣輔以少量的尿素則可以實(shí)現(xiàn)深度脫硝。所以水蒸氣作為還原劑的情況下,必然減少了尿素溶液的使用量。

經(jīng)新式脫硝系統(tǒng)進(jìn)行氮氧化物脫除后,電廠目前的氮氧化物排放濃度可穩(wěn)定控制在30 mg/m3以下。

五、結(jié)語

目前,該新式脫硝技術(shù)已在章村礦電廠得到成功應(yīng)用,通過該技術(shù)的應(yīng)用,章村礦電廠通過較低的資金投入,達(dá)到高效率脫除氮氧化物的目的,目前該項(xiàng)目已順利通過環(huán)保驗(yàn)收。系統(tǒng)的綜合脫硝效率達(dá)到85%,滿足電廠最新煙氣污染物排放要求。