火電廠氮氧化物減排及SCR煙氣脫硝技術(shù)研究

引言

我國發(fā)電企業(yè)中燃煤發(fā)電工藝占據(jù)了較大的比例,在燃煤電廠中,控制氮氧化物的排放量是火力發(fā)電企業(yè)新時(shí)期環(huán)保工作的重要內(nèi)容。對于燃煤發(fā)電廠來說,脫硝工藝十分關(guān)鍵,直接影響企業(yè)的氮氧化物排放量能否達(dá)標(biāo)。

1氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理

燃煤過程中氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理較為復(fù)雜,根據(jù)氮氧化物的產(chǎn)生位置進(jìn)行區(qū)分,可以將氮氧化物分為兩大類,一類是燃料區(qū)域產(chǎn)生的氮氧化物,另一類是在熱力區(qū)域產(chǎn)生的氮氧化物。另外,還有很少的氮氧化物是在富燃料區(qū)域產(chǎn)生的,由于生成速度很快,生成量極少,因而這部分氮氧化物通常忽略不計(jì)。其中,燃料區(qū)域產(chǎn)生的氮氧化物主要是以氮-碳形式結(jié)合成的環(huán)狀或鏈狀化合物,熱力區(qū)域產(chǎn)生的氮氧化物主要是由氧原子自由基引發(fā)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的產(chǎn)物。氮氧化物的產(chǎn)生量和燃料的燃燒方式及參數(shù)息息相關(guān),如燃燒溫度、燃燒的空氣系數(shù)等。在煤炭燃燒過程中,氮氧化物主要以Co的形式存在,大約占氮氧化物總量的95%以上。

2氮氧化物的危害

燃煤生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的氮氧化物對生物體和環(huán)境有著不容忽視的危害。如對人的呼吸道系統(tǒng)造成損傷:引起人體血液壓力以及血紅蛋白含量異常,導(dǎo)致生物機(jī)體組織缺氧:隨著大氣-水循環(huán)降到地表面,引發(fā)土壤環(huán)境惡化,土壤生態(tài)系統(tǒng)失衡,繼而破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境:氮氧化物與生態(tài)環(huán)境中的水結(jié)合轉(zhuǎn)化為酸性鹽,引發(fā)酸雨,破壞農(nóng)業(yè)林業(yè)生產(chǎn):氮氧化物進(jìn)入到水體環(huán)境中破壞水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng),殺死水中浮游生物,破壞水生動植物食物鏈:酸性鹽隨著降雨和大氣接觸并破壞建筑物表面,加劇材料的腐蝕等。這些都會給人類的生活和生產(chǎn)帶來不利影響。

3火電廠氮氧化物減排技術(shù)

目前,火電廠針對氮氧化物的減排主要采取兩種技術(shù):一種是對燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,降低氮氧化物生成量,另一種是對尾部煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,提高脫硝效率,減少氮氧化物排放量。

燃燒系統(tǒng)主要從以下方面進(jìn)行優(yōu)化:

(1)保持鍋爐熱效率,適當(dāng)控制燃燒氧量,降低飛灰的含碳量:

(2)適當(dāng)增加三次風(fēng)的比例:

(3)保持鍋爐熱效率,適當(dāng)提高進(jìn)風(fēng)開度,有效控制鍋爐內(nèi)部火焰溫度:

(4)調(diào)整優(yōu)化配風(fēng)方式,優(yōu)先選擇束腰形,提高鍋爐燃燒效率,減少氮氧化物產(chǎn)生量:

(5)對于不同的煤種,進(jìn)行煤粉細(xì)度實(shí)驗(yàn),調(diào)整和優(yōu)化制粉系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)合理混配摻燒,提高鍋爐熱效率,減少氮氧化物排放量。

尾部煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原脫硝技術(shù)(SCR)、選擇性非催化還原脫硝技術(shù)(SNCR)、SNCR-SCR相結(jié)合的混合脫硝技術(shù)。各技術(shù)性價(jià)比如表1所示。

4選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)(SCR)

選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)(SCR)原理流程圖如圖1所示。

在SCR脫硝技術(shù)中,SCR催化劑是一類十分常用且關(guān)鍵的物質(zhì)。蜂窩式SCR催化劑比表面積大,反應(yīng)活性高:催化劑單體硬化技術(shù)提升了催化劑的強(qiáng)度和耐磨度:對溫度的適應(yīng)范圍廣,可適應(yīng)270~450℃等,這些優(yōu)勢促進(jìn)了SCR脫硝催化劑的應(yīng)用。

該催化劑的生產(chǎn)工藝流程為:混煉二陳腐二過濾二擠出二初級干燥二二級干燥二煅燒二切割二端面硬化二產(chǎn)品組裝。

混煉:首先在設(shè)備中加入二氧化鈦、三氧化鎢、氧化鉬以及蒙脫土,然后在低速攪拌過程中加入硬脂酸、乳酸、氨水等生產(chǎn)輔料。對泥料pH值和水分含量進(jìn)行監(jiān)測,最終pH值為7.8~8.4,水分含量27%~30%。然后將泥料卸入到陳腐裝置中進(jìn)行密封。陳腐:將泥料密封在陳腐裝置中一段時(shí)間,調(diào)節(jié)溫度在20~30℃,濕度在80%之上,提高泥料的均勻度。過濾:對泥料進(jìn)行過濾和初步擠壓,溫度控制在50℃以下,避免溫度過高,水分蒸發(fā)。擠出:利用專業(yè)的真空擠壓裝置將過濾后的泥料壓成蜂窩狀坯子。坯子的長度和斷面面積可根據(jù)具體的設(shè)備以及生產(chǎn)工藝要求來確定。初級干燥:用加熱的方式蒸發(fā)水分,降低濕度,得到水分含量較低的坯子。應(yīng)采用多次升溫和降濕的過程,使催化劑中的應(yīng)力變化平穩(wěn),各部位受力均勻。二級干燥:經(jīng)過初級干燥后,催化劑基本成型,如果直接進(jìn)行煅燒,由于其中水分含量較高,很容易在煅燒過程中出現(xiàn)裂紋,因此在初級干燥后進(jìn)入到二級干燥裝置中時(shí),要調(diào)整溫濕度,利用鼓風(fēng)裝置干燥,直到水分含量降到3%以下。煅燒:注意控制溫度段。催化劑最開始會經(jīng)歷升溫時(shí)段,然后經(jīng)過恒溫段,之后再次升溫,在經(jīng)歷恒溫過程,此時(shí)物料反應(yīng)充分,最后經(jīng)過降溫,完成煅燒。在該工序中,需觀察并及時(shí)做好氧量的補(bǔ)充和調(diào)整,提高催化劑煅燒質(zhì)量。煅燒后的催化劑經(jīng)過切割設(shè)備去除多余的邊角。利用特殊的硬化助劑,如硫酸鋁溶液提高催化劑端面的耐磨強(qiáng)度,利用硫酸鋁的氧化性能改善催化劑的整體性能,延長使用壽命。

結(jié)合脫硝生產(chǎn)工藝,將催化劑單體有序地放置在模塊裝置中,在設(shè)備和催化劑接觸空隙放置陶瓷纖維棉,提高模塊密封性,對模塊進(jìn)行位置固定和零部件緊固。

5結(jié)語

目前火力發(fā)電廠依然在電力行業(yè)中占據(jù)重要地位,為緊跟行業(yè)發(fā)展步伐,火電廠必須加快研究和探索氮氧化物的減排技術(shù),通過工藝技術(shù)的完善升級和管理水平的不斷提升,進(jìn)一步降低氮氧化物排放量,推動火電廠在綠色環(huán)保、高效節(jié)能的道路上持續(xù)發(fā)展。