SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉中的应用

学术论文《科技与生活》曾德醒 2011-01-05 16:22:04
  摘 要:分析SNCR脱硝技术的工艺原理和特点,探讨在循环流化床锅炉中采用SNCR技术的可行性,研究循环流化床锅炉中三种SNCR脱硝系统。
  关键词:SNCR;脱硝技术;循环流化床
  
  NOx是一种主要的大气污染物质,它与碳氢化合物可以在强光作用下造成光化学污染,排放到大气中的NOx是形成酸雨的主要原因,严重危害生态环境。目前国内70%左右的NOx是由煤燃烧所产生的,因此作为主要燃煤设备的电站和工业锅炉成为今后控制NOx排放所关注的焦点。而随着环境治理压力的增加以及在当今全世界范围内环境排放法规日益变得严格,我国氮氧化物的排放控制也会越来越严格,烟气排放控制技术迅速发展,其研究变得和脱硫同等重要。
  目前工程应用技术中,NOx控制效果最明显的是循环流化床燃烧技术。经验表明,即使不采用任何其他附加的NOx控制技术,循环流化床锅炉也可以满足大多数的NOx现行排放标准。但随着人们对环保要求的不断提高,则有必要选择在燃烧室或烟气中喷入NOx还原剂进行烟气脱硝。对于火电厂烟气NOX污染控制,目前有两类商业化的烟气脱硝技术:选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。循环流化床锅炉分离器区域采用SNCR脱硝技术可以实现燃煤锅炉的超低NOx排放获得高燃烧效率和满足严格法规的排放要求,存在相当大的市场前景。
  1SNCR脱硝工艺原理及特点
  1)SNCR脱硝工艺原理。SNCR脱硝工艺是把还原剂如氨气、尿素稀溶液等喷入炉膛温度为850-1100℃的区域,还原剂迅速热分解出NH3并与烟气中的NOx进行反应生成N2和H2O。该方法以炉膛为反应器,可通过对锅炉进行改造实现。以氨为还原剂的主要反应式为:NH3+NOx→N2+H2O;而采用尿素作为还原剂的主要化学反应为:
  (NH4)2CO→2NH2 +CO
  NH2+NO→ N2 +H2O
  CO+NO→ N2+CO2
  2)SNCR脱硝技术特点。与其它NOx脱除工艺相比,SNCR脱硝工艺具有以下特点:运行成本地;占地面积小,当现有锅炉的脱硝技术改造效率较低时,SNCR脱硝技术经济性高;在脱硝过程中不使用催化剂,因此不会造成空预器堵塞和压力损失等其它烟气脱硝技术引起的弊端;多用于低NOx燃烧器的辅助工程。适合老电厂的改造,是一种经济实用的脱硝技术,适合我国的国情。
  2循环流化床锅炉选择SNCR脱硝技术的可行性
  循环流化床锅炉以其环保、节能和良好的燃料适应性已被广泛采用。随着对环保要求的不断提高,采用循环流化床锅炉配以SNCR技术基本可以满足当今严格的NOx排放标准的要求。SCR脱硝系统虽然可以取得高达90%的NOx脱除率,但SCR技术由于其昂贵的催化剂及寿命问题造成了投资过大(大约40美元/kW-60美元/kW),限制了其广泛应用。而相对较廉价的SNCR技术(大约5美元/kW-10美元/kW),其最大NOx脱除率可达70%-80%。从满足环保排放标准及投资角度考虑,SNCR作为一种经济实用的脱硝技术得到了广泛的推广和应用。
  循环流化床锅炉具有一个非常有效的还原剂喷入点和混合反应器-旋风分离器。分离器内的烟气扰动强烈,十分利于实现喷入的还原剂和烟气之间迅速而均匀地混合,分离器内气体流动路径较长,还原剂在反应区获得较长停留时间;SNCR反应温度窗口和炉膛烟气出口温度的范围比较吻合,不会出现NH3氧化反应问题。这些优点使循环流化床锅炉的SNCR系统可以取得高于50%,甚至达到70%的实际脱硝效率,根据燃料不同,循环流化床锅炉采用SNCR技术,一般NOX排放控制在50-150ppm,氨排放控制在5-15ppm。
  3SNCR脱硝系统
  在循环流化床锅炉中可以使用三种SNCR脱硝系统:无水氨系统,尿素系统和水溶氨系统。每个系统都需要储存、运输、喷射和吹扫设备。
  1)纯氨系统。纯氨系统含有一个储氨罐,用于存储液氨,氨罐槽车将液氨运送至工厂内,通过远程操作的卸载管线进行远程操作来卸氨,氨罐和氨蒸发器构成一个循环回路,通过加热液氨使其蒸发后回到氨储罐,维持其上部氨蒸汽的量。氨蒸汽被从储罐顶部抽出,经过调压后送往锅炉脱硝。为了保证喷入的氨气有足够的穿透力,需要使用特殊的氨气喷枪,确保足够的氨气动量。根据布置在烟囱处的连续检测装置所测得量的排放数据来控制从氨储罐抽出的氨蒸汽量。在氨蒸气被喷入分离器之前用空气将其稀释为浓度小于15%的混合物(一般为10%)。空气和氨气的混合在氨稀释罐内完成,氨和空气的流量都是由流量计测量监视,通过适合的控制阀来实现精确控制。纯氨系统脱硝效率最高,氨逃逸量最低, 由于存在爆炸危险,纯氨系统的安全性最差,纯氨系统投资要高于氨水系统。
  2)尿素系统。尿素运输、储存、输送都无需特别的安全防护措施,只需用普通的聚丙烯编织袋内衬塑料薄膜包装运输即可。 如果尿素为溶液, 为了防止尿素固态结晶的析出,则存储罐需要电加热使50%浓度的尿素溶液需要保持在16℃以上,可以设计一个循环回路,保证储存罐内尿素和水的良好混合,防止出现断流情况发生,在喷入分离器或炉膛之前应掺水稀释使尿素系统中溶液达到脱硝反映所需要的浓度。各喷射组设有多个喷射器,每个喷射组设有流量调节阀门和流量计量设备,用以计量和控制本组喷入炉膛的尿素流量。如果尿素为固体,则需要一个尿素溶液制备系统,将固体尿素和除盐水在溶解罐内混合,为了保证尿素溶液供应的连续性,通常配备2个溶解罐,尿素在第一个罐内溶解后,注入第二个罐进行中间储存和缓冲,最后通过水泵抽出后送往锅炉烟道。尿素系统的氨逃逸量最高,但是其脱硝效率较低,尿素系统的安全性最高,因此在安全性要求高的场合可优先考虑采用喷射尿素的脱硝系统。
  3)水溶氨系统。喷射氨水的SNCR脱硝系统由氨水卸载、存储、计量、分配以及氨水泵等构成。将水溶氨储存在储罐中并保持常温常压,用泵将其从储罐送到喷嘴处喷入循环流化床分离器内即可使用,在喷嘴处用压缩空气来雾化水溶氨,用控制阀组来调节喷嘴的流量,当不需要喷水溶氨时用空气对系统进行吹扫。氨水溶液运输和处理方便,不需要额外的加热设备或蒸发设备,工程造价低廉。
  4结语
  随着环境治理压力的增加以及各国环保法规要求的日益严格,我国氮氧化物的排放控制也会越来越严格。在循环流化床锅炉分离区采用经济实用的SBCR脱硝技术可以满足当今严格的NOx排放标准的要求,符合我国的国情。
  
  参考文献
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