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(duì)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(duì)生物體和環(huán)境有著不容忽視的危害。如對(duì)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(dòng)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(huì)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(duì)氮氧化物的減排主要采取兩種技術(shù):一種是對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)溫度的適應(yīng)范圍廣,可適應(yīng)270~450℃等,這些優(yōu)勢(shì)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(jí)干燥二二級(jí)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(duì)泥料pH值和水分含量進(jìn)行監(jiān)測(cè),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(duì)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(zhǎng)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(jí)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(jí)干燥:經(jīng)過初級(jí)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(jí)干燥后進(jìn)入到二級(jí)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(huì)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(zhǎng)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(duì)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(jí)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(dòng)火電廠在綠色環(huán)保、高效節(jié)能的道路上持續(xù)發(fā)展。