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火电厂烟气脱硝工艺方案技术经济比较研究

日期:2021-04-28    来源:矿业装备

国际节能环保网

2021
04/28
09:54
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关键词: 烟气脱硝技术 燃煤机组 燃煤机组

1 火电厂NOx排放生成机理

在火电厂运行生产过程中排放的烟气中,氮氧物基本由NO及NO2构成。煤经过燃烧产生的氮氧化物排放量同其燃烧的具体方式、供氧量、温度等条件相关。研究显示,煤在燃烧时产生NOx的途径大体分为三种,分别为热力式、燃料式、快速式。这三种途径所生成NOx的排放量各不相同。其中NOx排放量生成最多的是燃料型,占比大约为60%~80%,NOx排放量排在第二位的是热力型,排放量最少的是快速型。

1.1 热力型NOx排放生成机理

燃料在炉膛内燃烧形成环境高温,与空气中的氮和氧产生反应,就会生成NO2和NO,我们将其称作热力型的NOx。在这个过程中温度是生成NOx最主要的决定性因素,如果炉内温度达不到1000℃,生成的NOx就较少,浓度不高;如果炉内温度超过1300℃~1500℃,生成的NOx含量可达500~1000 ppm。可见,生成的NOx速度与升高的温度指数密切相关。故此,对于热力型的NOx最有效的控制办法就是降低炉膛温度,以达到减少NOx排放量的目的。

1.2 燃料型NOx排放生成机理

燃料式NOx指的是在燃料当中氮合物在燃烧后产生NOx,是由燃煤机组形成烟气NOx的主要排放途径。开展生成燃料型的NOx原因及机理破坏研究,对于控制NOx的生成具有非常重要的作用。煤炭当中的NO通过燃烧生成NOx和煤挥发与燃烧的空气过量系数相关,在该系数超过1的环境中,煤产生挥发份如果越高,产生的NOx量也就越多,如果该系数低于1时,挥发份较高的燃煤产生的NOx量就比较低,主要的影响因素是快速燃烧的挥发份较高燃料致使氧气含量快速降低,有碍NOx生成。

1.3 快速型NOx排放生成机理

快速反应型的NOx指的是,在燃烧时燃料中碳氢化物所产生的烃和空气中富含N2产生反应,生成CN、HCN,之后再氧化生成NOx。故此,快速型NOx生成在化合物碳氢含量较高、氧浓度相对比较低的富燃料区域,大多发生在内燃机工作过程当中,在燃煤电力锅炉中生成的快速型NOx量较低。

2 烟气脱硝的工艺技术优化方案

2.1 催化还原法(SCR)脱硝技术工艺

不同的催化剂对选择性还原催化法脱硝温度起着决定性作用,由此确定烟道尾部的催化室位置,也就是说催化剂种类是由催化剂室所决定的。此方法对NOx的有效脱除率超过90%,具有非常好的环保发展前景。这种选择性还原催化脱硝法由催化剂及其反应器、制备区、氨存储、氨喷射等部分组成。其中反应器需根据以下三种情况在锅炉的烟道内进行设置。

前置式设置:设置于预热器之前、省煤器之后,该部位的环境温度在350℃上下,是适合大部分催化剂反应的温度,得到普遍应用。但由于该部位灰尘烟气较为严重,易出现催化剂烧结、催化剂中毒、烟道内发生不向程度的堵塞、反应器出现不向程度磨损等各种问题。

中置式设置:设置于预热器与除尘器之间。此方法因除尘器不能在温度300℃~400℃的环境中工作,故极少使用。

后置式设置:设置于FGD后面。在锅炉设备尾部设计湿法工艺脱硫技术设置,然后把反应器安装在FGD之后,实现催化剂在无SO2、无尘的环境中工作,需使用具有活性较高类催化剂,同时使催化剂反应器的布置更加紧密,如果烟气的温度在50℃~60℃以下,无法满足催化剂反应温度,要在烟道中装配加热器或是燃烧器,由此消耗的能源及运行所需的费用就会有所增加。

2.2 非催化(SNCR)脱硝还原法技术工艺

炉膛脱硝喷射的实质是在特定温度的环境下,把物质从炉膛内向外喷射,将NOx原还,达到减少NOx排放量的作用。喷射的物质包括水、氨、二次燃料等,只是二次燃料及水的喷射方法还存在问题,如怎样把NO氧化成NO2,怎样实现非选择性的反应等,至目前为止该技术有待完善。

喷氨法实质上是一种减少NOx排放量的工艺技术,如果不添加催化剂,则NH3在还原为NOx时,只能在温度950℃~1050℃的区间内完成。该方法由此被称作(SNCR)非催化选择性脱硝法。

2.3 SNCR-SCR混合法

混合法SNCR-SCR,是把效率比较高的脱硝工艺SCR和投资比较低的工艺SNCR进行优势互补,即弥补了工艺上的不足,又能让工艺优势得到充分发挥。该方法前端工艺SNCR,利用设置于锅炉墙面的喷射装置把尿素与氨的混合液喷进炉膛,通过高温与烟气中的NO产生还原非催化作用,将其中NOx分离出去,当反应完成,再将没能反应的氨送进SCR进行工艺处理,继续脱硝。混合法SNCR-SCR是把SNCR与SCR这两种工艺优势互补,即降低了成本,又使脱硝率得到了有效提高,脱硝率最高可达95%以上。

3 烟气脱硝技术工艺的经济分析

3.1 费用及经济的相互优化

在火电厂设计施工当中,需要把技术和经济有效结合,对脱硝烟气技术的优化改造即要经济又要环保,要在有效减少工程费用的同时提高效益,通过技术优化实现效益最大化,在脱硝烟气技术参数的设计中要对相关运行费、脱除费、排污费进行合理安排,要充分考虑国家相关政策及经济指标的影响,实现费用最小化,需要综合生态及环境等各方面因素后实行,在火电厂的脱硝设备运行中需要投入人力监控及设备维护等方面成本,以实现以最少费用来保证企业效率的最大化。

3.2 经济指标

随着经济的发展和社会的进步,电力生产对燃煤的需求量也不断提升,氮氧化合物的生成和排放量也会成倍增长,对大气环境构成极大威胁。对此,我国相继制度并颁布多项减排节能的法规和制度,并积极推进脱硝工程改造,努力将国家电厂向环保型电厂改进,以有效促进生态环保建设。在选择脱硝的工艺及装置上需着重于技术效益,对催化剂、脱硝率、氨气逃逸率、NOx浓度、烟气温度及含在燃料中的微量元素及其特性、锅炉采用燃烧的方式及机组的容量等各种因素进行充分考虑。在选择脱硝方法时要以安全可靠为前提优先选用,对于水电及能源的消耗方案也需从优选用,另外还要对脱硝率、还原剂、运行成本等相关因素综合分析考虑,使脱硝工艺技术更完善、更先进,使企业经济效益得以显著提高。

3.3 工程投资性经济分析

烟气的脱硝技术工程投资涉及对脱硝装置电气、本体以及控制应用系统等方面的投资,具体分为购置设备费、调测费、建设费用等。此外还包括用于改造工程方面的投资,其中涵盖改造长房、空预、省煤器等,其建筑工程投资方面包括安装费、投资费、设备费等,另外还包括准备费、预备费、调测费、服务费、启动费等各项建设费用。同时要研究界定工程年利用的时间,有效控制还原剂的单价,要对还原剂使用情况进行记录和分析,对工程用量的使用要进行监测控制,对每年催化剂使用所需的费用以及维护费用、排污费用、折旧费用、还有内部性的其它收益等进行临界值统计分析,要对各项数据进行实时监控,以保证各项工程数据处于合理区间。要了解和掌握财务数据的变动情况,对各项经营指标加以分析。

4 结语

随着社会的进步和经济的发展,氮氧化合物所造成的大气污染越来越严重,其中火电厂排放的氨氧化合物占总量的一半,我国已将其作为重点治理项目。本论文通过对脱硝工艺技术现状、发展、效益的分析研究,有针对性的提出了合理化不同方面的建议,根据科学、可行性原则,对脱硝技术工程进行经济及效益方面的评价与分析,以供参考和借鉴。

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