烟气脱硝方案
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烟气脱硝方案
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20t/h链条锅炉SNCR脱硝工程技术方案
1 概述
1.1 项目概况
近年来,随着中国火电装机容量的急速增长,火电NOx排放量逐年增加,NOx已成为当前中国最主要的大气污染物之一。随着中国对SOx排放控制的加强,NOx对酸雨的影响将逐步赶上甚至超过SOx。
5月16日,环境保护部、国家质量监督检验检疫总局联合发布《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271- ),据此标准为控制火电厂的NOx排放,此锅炉执行重点地区燃煤锅炉NOx排放浓度限值,即最终烟气NOx排放浓度<200 mg/Nm3(标态,干基,9%氧)。
本工程为1台20t/h以煤为燃料的链条锅炉,原始NOx排放浓度按450 mg/Nm3,为了满足排放要求,本工程考虑对其进行SNCR脱硝改造。还原剂用20%浓度的氨水设计,脱硝后NOx排放浓度小于200 mg/Nm3,锅炉脱硝效率为56%。
1.2 主要设计原则
(1) 脱硝设计效率满足用户要求。
(2) 采用的脱硝工艺具有技术先进、成熟,设备可靠,性能价格比高,对锅炉工况有较好的适用性。
(3) 脱硝系统能持续稳定运行,系统的启停和正常运行不影响主机组的安全运行。
(4) 脱硝装置的可用率应≥98%,且维护工作量小,不影响电厂的文明生产;脱硝装置设计寿命按30年。
(5) 脱硝工艺的选择应利于电厂的管理和降低运行管理费用。
1.3 推荐设计方案
(1)由于本锅炉炉膛温度较高,拟采用SNCR烟气脱硝技术,锅炉脱硝设计效率为56%。
(2)还原剂为20%氨水。
(3)NH3逃逸量(烟囱出口处测量)控制在8ppm以下。
如有更高的排放要求可在烟道尾部增加催化剂,采用混合法脱硝技术。
2、SNCR法NOx控制机理
在高温没有催化剂的条件下,氨基还原剂(如氨气、氨水、尿素)喷入炉膛,热解生成NH3与其它副产物,在800~1100℃温度窗口,NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应,将NOx还原成N2与H2O。
SNCR脱硝反应对温度条件非常敏感,受制于停留时间、NH3/NO摩尔比(NSR)、混合程度等因素,并对锅炉效率造成一定的影响(一般在
0.2~0.5%)。
(1)反应温度
NH3与NOx反应过程受温度的影响较大:反应温度超过1100℃时,NH3被氧化成NOx,氧化反应起主导;反应温度低于1000℃时,NH3与NOx的还原反应为主,但反应速率降低,易造成未反应的NH3逃逸过高。选择性非催化还原烟气脱硝过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果,如何选取合适的温度条件是该技术成功应用的关键。
4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O
采用氨水或尿素溶液作为脱硝还原剂时,还原剂溶液经雾化器雾化成液滴喷入炉内,雾化液滴蒸发热解成NH3之后,才进入合适的温度区域进行还原反应。基于氨水与尿素雾化液滴蒸发热解速度的不同,其喷入炉膛的合适温度窗口也有差别:氨水为还原剂时,窗口温度约为800℃~1,100℃;尿素为还原剂时,窗口温度约为850~1,150℃。
由于炉内烟气温度的分布受到锅炉负荷、煤种、锅炉受热面布置等多种因素的影响,合适的脱硝还原反应温度区间以及喷射器的具体喷射位置,需要在CFD模拟计算以后才能最终确定。
在锅炉实际运行时,随着负荷的变化,适合脱硝还原剂温度的区间位置也会发生变动,在实际应用时,常采用下述措施:
(a)在线调整雾化液滴的粒径大小与含水量,缩短或延长液滴的蒸发与热解时间,使热解产物NH3投送到合适的脱硝还原反应区域。
(b)布置多点区域喷射器,在不同运行状态,采用不同的喷射点进行喷射。
(2)停留时间
国外研究表明,NH-NO非爆炸性反应时间仅约100ms。停留时间指的是还原剂在炉内完成与烟气的混合、液滴蒸发、热解成NH3、NH3转化成游离基NH2、脱硝化学反应等全部过程所需要的时间。
延长反应区域内的停留时间,有助于反应物质扩散传递和化学反应,提高脱硝效率。当合适的反应温度窗口较窄时,部分还原反应将滞后到较低的温度区间,较低的反应速率需要更长的停留时间以获得相同脱硝效率。当停留时间超过1s时,易获得较高的脱硝效果,停留时间至少应超过0.3秒。
(3)化学当量比(NSR)
NH3-NO理论化学反应当量比为1:1,但由于还原剂有小部分未反应的NH3随烟气排入大气,因此,需要比理论化学当量比更多的还原剂喷入炉膛才能达到较理想的NOx 还原率。另外,当原始NOx浓度较低时,脱硝还原化学反应动力降低,为达到相同的脱硝效率,需要喷入炉内更多的还原剂参与反应。运行经验显示,脱硝效率在50%以内时,NH3/ NOx 摩尔比一般控制在1. 0~2.0 之间。
(4)还原剂与烟气的混合
脱硝还原剂与烟气充分均匀混合,是保证在适当的NH3/NO摩尔比下获得较高脱硝效率的重要条件之一。为将还原剂准确送到炉膛内合适的脱硝还原反应温度区间,并与烟气充分混合,一般采用如下措施:
●优化雾化器的喷嘴,控制雾化液滴的粒径、喷射角度、穿透深度及覆
盖范围。
●强化喷射器下游烟气的湍流混合,增加反应温度区域内的NH3/NOx
扩散,提高反应速率。
(5)对锅炉效率的影响
还原剂水溶液喷入炉膛高温烟气中,雾化液滴的蒸发热解是一个吸热过程,需要从烟气中吸收部分热量,这可能会增加锅炉的热损失。一般应尽可能控制还原剂的喷入量,使SNCR装置对锅炉热效率的影响小于0.5%。
(6)氨逃逸
SNCR脱硝反应过程中,部分未参与反应的NH3随烟气进入下游烟道。在146~207℃温度区间,气态氨与烟气中SO3反应生成粘性较强的NH4HSO4,