浅谈兰炭锅炉烟气脱硝方案

根据衡水市的文件:“衡开气治办 (2016) 7号”文件, 明确“2016年6月底前, 所有10蒸吨及以下燃煤锅炉全部淘汰取缔”。

2016年11月, 本着试验的目的, 先将2号锅炉进行了兰炭改造 (符合环保要求) , 自2016年12月5日投运至今, 运行基本正常, 但是由于环保要求现增加一套烟气排放连续监测系统 (CEMS) , 对锅炉尾气进行实时监测, 尾气排放中NOx浓度含量230-260mg/m3, 超出了环保要求200 mg/m3。在当前严峻的环保形势下, 锅炉随时有可能叫停, 为了保持生产稳定运行, 针对兰炭锅炉增加一套脱硝系统。

目前降低锅炉NOX排放行之有效的主要方法大致可分为以下几种: (1) 低氮燃烧技术, 即在燃烧过程中控制NOX的生成, 主要适用于大型燃煤锅炉等;低NOX燃烧技术只能降低NOX排放值的30~50%, 要进一步降低NOX的排放, 必须采用烟气脱硝技术。 (2) 选择性催化还原技术 (SCR) , 主要用于大型燃煤锅炉, 是目前我国烟气脱硝技术中应用最多的, 一般投资较大; (3) 选择性非催化还原技术 (SNCR) , 主要用于垃圾焚烧厂等中、小型锅炉, 技术成熟, 但其效率低于SCR法;投资小, 建设周期短。 (4) 低温氧化技术, 利用臭氧极强的氧化能力, 可以将难溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物, 通过碱液喷淋等手段将其从烟气中脱出;成本较高。根据同行业脱硝处理方案和综合性价比考虑, 采取SNCR技术对锅炉进行改造为最佳选择。

工艺流程及原理:SNCR法不使用催化剂, 采用炉膛喷射脱硝, 氨还原NOx在850-1150℃这温度范围内进行反应脱除NOx, 生成氮气和水。喷入的氨与烟气良好混合是保证脱硝还原反应充分进行、使用最少量氨达到最好效果的重要条件。若喷入的氨未充分反应, 则泄漏的氨会影响锅炉炉尾部受热面, 不仅使烟气飞灰容易沉积在受热面, 且烟气中氨遇到三氧化硫会生成硫酸氨, 易堵塞空气预热器, 并有腐蚀危险。

SNCR法脱硝反应过程:

脱硝还原剂的选择:氨水与尿素在脱硝还原反应中的最佳温度, 氨水温度范围较宽, 在800~1100℃, 还原率50%以上;尿素在900℃还原效率最高达到80%以上, 但温度较窄, 要达到50%以上的还原效率, 温度需在850~1000℃;在催化剂效率相同的情况下, 用尿素要比氨水好, 原因是即便是尿素喷多了, 对设备的腐蚀性还可以控制;如果直接喷氨水, 多了会直接污染设备, 氨的吸附性和腐蚀性是很强的, 附着在烟道上很难消除。氨水需要耐腐蚀封闭储罐来储存, 尿素则可以现用现配, 但是尿素不是纯氨, 不如氨水脱硝效率高, 所以小锅炉从性价比角度考虑应该选择尿素作为还原剂。

SNCR法脱硝工艺流程:还原剂—>锅炉 (反应器) —>除尘脱硫装置—>引风机—>烟囱。还原剂以氨水 (或尿素溶液) 为主, 氨水溶液 (或尿素溶液) 经过加稀释水配比后, 经输送化工泵和计量分配装置精确分配到每个喷枪, 然后经过喷枪喷入炉膛, 实现脱硝反应。

脱硝喷枪位置的选择:首先反应温度应该利于还原剂反应850~1000℃, 其次要利于还原剂均匀的喷入反应区, 再者要便于拆装、检查、清洁等。对兰炭锅炉来说, 炉膛内温度场很不均匀, 炉膛上部和下部温度相差很大, 且燃烧区温度较高, 要找准合适的温度反应区域比较困难。如果条件允许最好先在炉膛打孔测温根据燃烧区温度再确定喷枪位置, 如条件不允许先打孔测量温度区间, 可在选择反应区时一般偏向于将喷枪布置在温度稍底的侧面, 以防温度过高导致喷头烧毁。由于喉口部位前后距离较短, 烟气流速也较高, 有利于将还原剂均匀的喷入烟气中, 所以, 将喷枪布置在喉口附近和炉膛中部比较合理。需要注意兰炭锅炉较燃煤锅炉炉膛温度高, 脱硝喷枪一定要增加压缩空气保护, 防止突然断水造成的枪头烧毁。

喷枪的选择:一般兰炭锅炉都采用的是三流体喷枪, 该喷枪有三个进口, 一个氨水进口, 两个压缩空气进口, 压缩空气主要作用就是用来形成空气膜保护枪头和雾化氨水, 氨水由离心泵通过管道接入喷枪的氨水入口 (流量通过离心泵出口调节阀控制) , 压缩空气由储气罐管道接入喷枪压缩空气入口, 两者在喷枪喷头处混合, 由压缩空气将氨水雾化为10微米左右的小水滴与烟气中NOX充分接触并反应并达到去除NOX的目的, 压缩空气用量由喷枪型号、数量以、压缩空气压力及达到理想的雾化效果来决定, 喷枪型号所标气量只是个大概的参考, 经验值气液比为70:1, 冷却压缩空气没有具体定量, 具体用量需要在使用时逐步摸索, 达到排放浓度达标且氨水喷射量和压缩空气平衡且用量最低。

结语

10吨兰炭锅炉SNCR法脱硝脱硝改造总体费用约7-8万。按尿素每小时添加量0.15立 (20%浓度) 、尿素单价2000元/吨、每天产汽204吨计算, 增加脱硝系统后锅炉吨汽成本增加7元/吨。锅炉尾气NOx浓度150-180mg/m3mg/m3满足环保要求。

摘要：对锅炉烟气干法脱硝技术中的选择性催化还原法 (SCR) 、非选择性催化还原法 (SCNR) 的工艺进行了描述、分析, 在此基础上阐述了脱硝还原剂的特点及概况, 对10吨兰炭锅炉选择烟气脱硝技术有一定的参考价值。

关键词：脱硝,SCNR,干法烟气脱硝,脱硝还原剂

参考文献

[1] 邱广明等.燃煤锅炉低NOx燃烧技术研究.环境保护2000, (4) :9-10.

[2] 姚雨, 郭站成等.烟气脱硫脱硝技术的现状与发展.钢铁2003, 38 (1) :59-63.