脱硝催化剂技术

SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉上的应用研究

2019年01月13日 热度:111 ℃

1 前言

作为循环流化床锅炉运转过程中的一项重要方面,SNCR脱硝技术的应用占据着极为关键的地位。该项课题的研究,将会更好地提升对SNCR脱硝技术的分析与掌控力度,从而通过合理化的措施与途径,进一步优化其在实际应用中的最终整体效果。

2 SNCR脱硝工艺原理及特点

2.1SNCR脱硝工艺原理

SNCR脱硝技术是指在没有催化剂的作用下,向温度区域为850~1100℃的炉膛中喷入氨基还原剂,还原剂迅速热解成NH3与烟气中NOx反应生成N2,炉膛中会有一定量氧气存在,喷入的还原剂会选择性地与NOx反应,而不被O2所氧化。还原剂一般采用氨、氨水或尿素。

2.2SNCR脱硝技术特点

SNCR脱硝工艺技术系统简单、占地面积少、技术成熟、一次性投资少、运行费用低、操作方便、还原剂选择范围较广、不需要任何催化剂、无SO2/SO3转化率问题、不增加烟气阻力、无二次污染、施工周期短、脱硝设备故障或检修时,锅炉和发电机组完全可以正常运行,对锅炉机组的运行影响甚小,适用于电厂老机组改造,是一种经济实用的脱硝技术。

3 循环流化床锅炉选择SNCR脱硝技术的可行性

随着环保要求的不断提高循环流化床锅炉采用SNCR技术基本可以满足当今严格的NOx排放标准的要求,SNCR技术最大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50%-80%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30-150ppm。

4 影响脱硝效果的主要因素

4.1温度窗口的影响

在SNCR工艺中,最主要的是炉膛上喷入点的选取,即窗口温度的选择。对于尿素来说理想的温度范围是800-1150℃,温度高,还原剂被氧化成NOx,烟气中的NOx含量不减少反而增加;温度低,反应不充分,造成还原剂流失,对下游设备产生不利的影响甚至造成新的污染。

根据循环流化床锅炉炉内状况和烟道内温度场、烟气流场情况,采用CFD以及CKM模拟相结合技术。

4.2停留时间

任何反应都需要时间,所以还原剂必须和NOx在合适的温度区域内有足够停留时间,这样才能保证烟气中的NOx还原率。停留时间指的是反应物在炉膛上部对流区内的存在时间,SNCR的所有步骤必须在这里完成。这些步骤包括:注入的尿素和烟气的混合、水分的蒸发、尿素分解成氨、NH3分解成NH2和一些自由基、NOx的还原反应。加大停留时间有利于质量的输运和化学反应,从而提高了反应率。

4.3NH3/NOx摩尔比的影响

摩尔比的确定是由想得到的还原效率决定的。根据基本的化学反应方程式,还原2mol的NOx需要1mol的尿素或者2mol的氨。在实际中,需要注入比理论更多的还原剂以达到所需要的还原水平。

因为氨的的消耗涉及到运行的费用问题,所以所选用的摩尔比一般为临界值,NH3/NOx摩尔比一般控制在1.0~2.0之间,最大不要超过2.5。

4.4烟气与还原剂的混合情况

两者的充分混合是保证充分反应的又一个技术关键,是保证在适当的NH3/NOx摩尔比下得到较高的NOx还原率的重要环节。为了使还原反应充分进行反应,在尿素混合液喷入后需要立即扩散并与烟气混合,混合的实现是通过喷射系统,西安热工研究院自主知识产权设计的喷枪能够雾化还原剂成合适的液滴尺寸和分布。

5 SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉上的应用探讨

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。

5.1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。

5.2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。

5.3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。

6 结束语

综上所述,加强对SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉上应用的研究分析,对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义,因此在今后的SNCR脱硝技术应用过程中,应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度,并注重其具体实施措施与方法的科学性。

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