火电厂氮氧化物减排及SCR烟气脱硝技术研究

引言

我国发电企业中燃煤发电工艺占据了较大的比例,在燃煤电厂中,控制氮氧化物的排放量是火力发电企业新时期环保工作的重要内容。对于燃煤发电厂来说,脱硝工艺十分关键,直接影响企业的氮氧化物排放量能否达标。

1氮氧化物的产生机理

燃煤过程中氮氧化物的产生机理较为复杂,根据氮氧化物的产生位置进行区分,可以将氮氧化物分为两大类,一类是燃料区域产生的氮氧化物,另一类是在热力区域产生的氮氧化物。另外,还有很少的氮氧化物是在富燃料区域产生的,由于生成速度很快,生成量极少,因而这部分氮氧化物通常忽略不计。其中,燃料区域产生的氮氧化物主要是以氮-碳形式结合成的环状或链状化合物,热力区域产生的氮氧化物主要是由氧原子自由基引发的链式反应的产物。氮氧化物的产生量和燃料的燃烧方式及参数息息相关,如燃烧温度、燃烧的空气系数等。在煤炭燃烧过程中,氮氧化物主要以Co的形式存在,大约占氮氧化物总量的95%以上。

2氮氧化物的危害

燃煤生产工艺中产生的氮氧化物对生物体和环境有着不容忽视的危害。如对人的呼吸道系统造成损伤:引起人体血液压力以及血红蛋白含量异常,导致生物机体组织缺氧:随着大气-水循环降到地表面,引发土壤环境恶化,土壤生态系统失衡,继而破坏农业生态环境:氮氧化物与生态环境中的水结合转化为酸性盐,引发酸雨,破坏农业林业生产:氮氧化物进入到水体环境中破坏水环境生态系统,杀死水中浮游生物,破坏水生动植物食物链:酸性盐随着降雨和大气接触并破坏建筑物表面,加剧材料的腐蚀等。这些都会给人类的生活和生产带来不利影响。

3火电厂氮氧化物减排技术

目前,火电厂针对氮氧化物的减排主要采取两种技术:一种是对燃烧系统进行优化,降低氮氧化物生成量,另一种是对尾部烟气脱硝系统进行调整,提高脱硝效率,减少氮氧化物排放量。

燃烧系统主要从以下方面进行优化:

(1)保持锅炉热效率,适当控制燃烧氧量,降低飞灰的含碳量:

(2)适当增加三次风的比例:

(3)保持锅炉热效率,适当提高进风开度,有效控制锅炉内部火焰温度:

(4)调整优化配风方式,优先选择束腰形,提高锅炉燃烧效率,减少氮氧化物产生量:

(5)对于不同的煤种,进行煤粉细度实验,调整和优化制粉系统,实现合理混配掺烧,提高锅炉热效率,减少氮氧化物排放量。

尾部烟气脱硝技术主要有选择性催化还原脱硝技术(SCR)、选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)、SNCR-SCR相结合的混合脱硝技术。各技术性价比如表1所示。

4选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)

选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)原理流程图如图1所示。

在SCR脱硝技术中,SCR催化剂是一类十分常用且关键的物质。蜂窝式SCR催化剂比表面积大,反应活性高:催化剂单体硬化技术提升了催化剂的强度和耐磨度:对温度的适应范围广,可适应270~450℃等,这些优势促进了SCR脱硝催化剂的应用。

该催化剂的生产工艺流程为:混炼二陈腐二过滤二挤出二初级干燥二二级干燥二煅烧二切割二端面硬化二产品组装。

混炼:首先在设备中加入二氧化钛、三氧化钨、氧化钼以及蒙脱土,然后在低速搅拌过程中加入硬脂酸、乳酸、氨水等生产辅料。对泥料pH值和水分含量进行监测,最终pH值为7.8~8.4,水分含量27%~30%。然后将泥料卸入到陈腐装置中进行密封。陈腐:将泥料密封在陈腐装置中一段时间,调节温度在20~30℃,湿度在80%之上,提高泥料的均匀度。过滤:对泥料进行过滤和初步挤压,温度控制在50℃以下,避免温度过高,水分蒸发。挤出:利用专业的真空挤压装置将过滤后的泥料压成蜂窝状坯子。坯子的长度和断面面积可根据具体的设备以及生产工艺要求来确定。初级干燥:用加热的方式蒸发水分,降低湿度,得到水分含量较低的坯子。应采用多次升温和降湿的过程,使催化剂中的应力变化平稳,各部位受力均匀。二级干燥:经过初级干燥后,催化剂基本成型,如果直接进行煅烧,由于其中水分含量较高,很容易在煅烧过程中出现裂纹,因此在初级干燥后进入到二级干燥装置中时,要调整温湿度,利用鼓风装置干燥,直到水分含量降到3%以下。煅烧:注意控制温度段。催化剂最开始会经历升温时段,然后经过恒温段,之后再次升温,在经历恒温过程,此时物料反应充分,最后经过降温,完成煅烧。在该工序中,需观察并及时做好氧量的补充和调整,提高催化剂煅烧质量。煅烧后的催化剂经过切割设备去除多余的边角。利用特殊的硬化助剂,如硫酸铝溶液提高催化剂端面的耐磨强度,利用硫酸铝的氧化性能改善催化剂的整体性能,延长使用寿命。

结合脱硝生产工艺,将催化剂单体有序地放置在模块装置中,在设备和催化剂接触空隙放置陶瓷纤维棉,提高模块密封性,对模块进行位置固定和零部件紧固。

5结语

目前火力发电厂依然在电力行业中占据重要地位,为紧跟行业发展步伐,火电厂必须加快研究和探索氮氧化物的减排技术,通过工艺技术的完善升级和管理水平的不断提升,进一步降低氮氧化物排放量,推动火电厂在绿色环保、高效节能的道路上持续发展。