2×12MW生物质电站烟气脱硝系统改造技术分析.doc

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1、212MW生物质电站烟气脱硝系统改造技术分析摘要：某212MW生物质电站烟气脱硝标准不达标，对其进行系统改造分析，设计改造为差速流化床锅炉，SNCR脱硝系统可不做更换，大大降低投资费用。同时在引风机出口增加1套臭氧脱硝装置或NaClO2/NaClO脱硝装置。对2种脱硝方案的工艺流程及改造经济性等进行对比后，本次脱硝改造推荐采用NaClO2/NaClO脱硝方案。引言我国生物质资源丰富，用于供热、发电等方面的生物质锅炉已具有很大规模，而且容量较小、形式多样。但由于生物质中所含氮元素相对较高，在燃烧过程中燃料氮会转化为氮氧化物（NOx）造成雾霾、酸雨等严重的环境污染，目前，生物质锅炉主要通过烟气脱硝

2、的方式减少NOx排放。为改善大气环境质量，保护生态环境，建设可持续发展经济，某生物质发电厂拟对2台机组进行脱硝系统减排改造，改造后烟气排放要达到NOx排放质量浓度不高于100mg/Nm31。1现有锅炉及脱硝系统1.1锅炉及脱硝系统基本参数锅炉为济南锅炉厂的75t/h中温中压自然循环联合炉排锅炉，锅炉采用单炉膛、室外布置、固态排渣、全钢结构、底部支撑、上部悬挂结构锅炉。一、二次风量各占空气量的60%和40%，一次风为炉排间隙通风，炉排下部是风室。锅炉主要燃料是农作物秸秆，另外可掺烧木片、树枝等。锅炉及燃料主要特征参数如表1和表2所示。1.2现有脱硝系统方案脱硝系统设计选用选择性非催化还原（SNC

3、R）烟气脱硝工艺2，采用炉内喷氨方式将质量分数为20%氨水喷入炉膛。脱硝装置入口烟气NOx含量按200mg/Nm3设计，设计脱硝效率逸50%，NOx排放质量浓度不超过100mg/Nm3。电厂现有脱硝还原剂为质量分数10%的氨水，在氨水储存与制备系统中作为还原剂的氨水，经过计量分配装置的精确计量分配、输送到炉前SNCR喷*处，氨水在输送泵的压力作用下，通过喷*经过空气雾化后，以雾状喷入炉内，与烟气中的NOx发生氧化还原反应生成氮气，从而达到去除NOx脱硝目的。SNCR装置通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统，先将还原剂喷入第1个反应区（锅炉炉膛为反应器），在8501250高温下，还原剂与烟气中NOx发

4、生还原反应，将烟气中NOx还原成N2和H2O，从而实现脱氮。主要反应如下：NOx+NO2+2NH32N2+3H2O(1)4NOx+4NH3+O24N2+6H2O(2)另外，燃烧过程中影响NOx生成的主要因素包括炉膛温度、氧气浓度和停留时间，过量空气系数越大，则生成的NOx就越多。1.3现有脱硝系统效率通过热力试验分析该锅炉SNCR脱硝分别采用氨水和尿素作为脱硝还原剂时在不同温度下效率如表3所示。以上只考虑单层喷*的温度与效率关系，在实际脱硝方案中会在炉膛布置多层喷*（一般为2层），喷*层可以根据炉膛温度的变化进行切换或者调整，通过每层*的还原剂的流量来适应锅炉负荷与温度变化，保证锅炉负荷在60

5、%110%之间变动时，脱硝效果满足排放要求。由表3可知，SNCR脱硝效率在850以上可达到60%，在900达到最大值。而温度低于750时，锅炉初始NOx排放又会低于120mg/Nm3，在正常条件下，锅炉的NOx在采用SNCR脱硝时均能满足NOx排放不高于100mg/Nm3。但现在脱硝装置入口烟气中NOx质量浓度最高达到220230mg/Nm3，NOx最高排放质量浓度达到110140mg/Nm3，同时除尘器腐蚀严重，漏风较多，烟囱入口氧含量超过10%，使NOx浓度值过高，达不到排放要求（100mg/Nm3），因此需要改造。2脱硝改造方案2.1脱硝改造分析电厂锅炉主要的低氮燃烧技术如表4所示。本次

6、锅炉改造充分利用现有成熟的低氮燃烧技术3-4，并对锅炉及除尘器做好密封，降低漏风，同时合理配风。在锅炉本体改造时根据电厂燃料进行优化，降低飞灰可燃物含量及烟气含氧量，同时控制复合炉排锅炉炉膛温度稳定在最佳反应温度内（850950）等方法，提高脱硝效率，满足烟气NOx排放不超过100mg/Nm3。本次改造拟采用差速流化床锅炉或循环流化床锅炉方案5，由于循环流化床锅炉烟气NOx生成量较低，现有锅炉NOx排放均可保证不高于150mg/Nm3，从源头减少了脱硝压力。根据电厂已有的SNCR脱硝系统，如果改造为差速流化床锅炉，SNCR脱硝系统可不做更换，更换循环流化床锅炉时，只需要拆掉原有的锅炉脱硝喷*等

7、脱硝系统设备，并重新安装在循环硫化床锅炉即可，可大大降低了脱硝的投资费用。2.2改造方案对比当前，对现役机组进行超低排放改造势在必行，超低排放改造技术路线成熟，可供选择方案较多。本次改造考虑在引风机出口增加1套臭氧脱硝装置或者NaClO2/NaClO脱硝装置，下面2种方案进行对比。2.2.1臭氧氧化法脱硝6-8臭氧脱硝旨在脱除烟气中的NOx，臭氧烟气脱硝的原理是用氧化剂将NOx氧化成NO2，生成的NO2再用水或碱性溶液吸收，从而实现脱硝。烟气中NOx的主要组成部分是NOx，臭氧的高级氧化作用可以达到脱除效果，而且烟气中的其他有害气体也可以脱除。臭氧作为一种强氧化剂，可以将烟气中不易溶于水的NO

8、氧化成NO2或更高价的NOx，然后以相应的吸收液（水、碱溶液、酸溶液或金属络合物溶液等）对烟气进行喷淋洗涤，使气相中的NOx转移到液相中，实现烟气的脱硝处理。脱硝工艺流程如图1所示。臭氧脱硝过程中NO的氧化机理比较复杂。在实际试验中，可根据低温条件下臭氧与NO的关键反应进行研究。低温条件下，O3与NO之间的关键反应如下：NO+O3NO2+O2(3)NO2+O3NO3+O2(4)NO3+NO2N2O5(5)NO+O+MNO2+M(6)NO2+ONO3(7)在典型烟气温度下，臭氧对NO的氧化效率可达84%以上，臭氧法氧化生成的高价态N2O5极易溶于水而生成HNO3，需要进一步地吸收，常见的吸收液有

9、Ca(OH)2、NaOH等碱液，反应生成NaNO3、Mg(NO3)2等无机盐。有研究一种臭氧低温氧化脱硝工艺及系统，通过臭氧分布器将臭氧发生器中产生的臭氧喷入烟道中，烟道出口与洗涤塔连接，使烟道中的臭氧和烟气混合气体进入洗涤塔中，被臭氧氧化的NOx在洗涤塔中被水或碱性溶液吸收形成无机酸或无机盐。也有试验利用吸收液将高价NOx还原成N2后直接排入大气中，如采用Na2S和NaOH溶液作为吸收剂，NOx的去除率高达95%，但存在吸收液消耗量大的问题。采用臭氧氧化法脱硝法，需要增加的主要设备如表5所示。2.2.2 NaClO2/NaClO氧化脱硝9NaClO2/NaClO氧化脱硝在国内多家电厂已经投运

10、，排放均能满足环保要求。烟气系统由原烟道、脱硝塔、除雾器、净烟道及其辅助设备组成。从锅炉引风机出口引出的烟气，通过原烟道进入脱硝塔。在脱硝塔内净化，经除雾器除去水雾后，通过净烟道通过烟囱排入大气。反应过程如下：1）氧化反应：烟气与喷嘴喷出的循环浆液，在吸收塔内有效接触，循环浆液氧化NOx，反应如下：2NO+ClO2+H2ONO2+HNO3+HCl(8)2）中和反应：氧化产生的SO2、NO2在吸收塔内，被烟气中的碱性吸收剂浆液所吸收（以碱性吸收剂采用NaOH为例）：HNO3+NaOHNaNO3+H2O(9)2NaOH+2NO2NaNO2+NaNO3+H2O(10)2NaOH+SO2Na2SO3+

11、H2O(11)NaClO2/NaClO脱硝工艺系统的具体配备设备清单如表6所示。2.3方案选取根据本项目原有脱硝系统运行情况及脱硝场地情况，本着尽量减少建设投资及运行费用，综合考虑造价水平和改造经济效，对比2种脱硝系统工艺的优缺点综合评价。在典型烟气温度下，臭氧对NO的氧化效率可达84%以上，在利用水吸收尾气时，NO的脱除效率达86.27%。但臭氧脱硝工艺会有较多的氧气生成，造成烟气排放氧含量增高，NOx排放浓度值也会相应增高。同时电厂烟囱后侧位置狭小，在本厂臭氧发生器需要新建1座房子，位置受限。同时吸收过程产生的酸性废液难以处理、对设备要求高等问题难以避免。NaClO2/NaClO脱硝方案1

12、0吸收效率高，装置可靠性高；喷雾粒径小，吸收浆液表面积大；液气比小，装置省电，循环泵直径少，线速度低，使用寿命高；碱性吸收剂加入到循环浆液箱，进行双pH值运行，保证了深度净化的目标；同时能适应锅炉40%BMCR和110%BMCR工况之间的任何负荷；另外本湿法吸收装置无需重新改造，在保证供应脱硝氧化剂的情况下，具有脱硝效率可任意调节的功能。鉴于此，本改造推荐采用NaClO2/NaClO脱硝方案。3结论随着国家对污染物排放标准越来越严格，燃煤电厂烟气脱硝改造势在必行。脱硝技术改造对于不同电厂应因地制宜，本文结合该厂现有的SNCR脱硝现状和基础上分析目前存在的问题，并提出2种改造方案，通过技术、经济

13、对比分析后，选择NaClO2/NaClO脱硝方案。该方案优点如下：1）脱硝效率高，吸收剂成本低；2）操作易于自动化控制，负荷适应能力强；3）综合成本低，初投资少。参考文献1环境保护部,国家质量监督检验检疫总局.火电厂大气污染物排放标准:GB132232011S.北京:中国环境科学出版社,2011.2周建强,高攀,董长青,等.生物质锅炉脱硝技术及工程应用J.热力发电,2018,47(10):1-5.3苗强.脱硝技术的现状及展望J.洁净煤技术,2017,23(2):12-19.4郑志坤.燃煤电厂NOx控制技术探究J.能源研究与管理,2017,27(2):107-109,113.5许超.基于CPFD

14、方法的140t/h循环流化床锅炉低氮燃烧研究D.武汉:华中科技大学,2019.6罗香銮,刘全辉.邹新生物质锅炉臭氧脱硝技术的应用J.环境与发展,2019,31(3):80-81.7张建平,万凯迪,王荣涛,等.生物质循环流化床锅炉臭氧脱硝试验研究J.环境工程技术学报,2019,9(1):8-13.8张利波,刘佩希,张椰,等.220t/h煤粉锅炉臭氧氧化NOx超低排放试验研究J.洁净煤技术,2019,25(3):105-109.9胡月琪,郭建辉,孔川,等.NaClO2湿法氧化脱硝污染物排放特征与监测方法研究J.生态环境学报,2018,27(9):1706-1715.10赵辽宁.NaClO/NaClO2复合溶液烟气脱硫脱硝一体化实验研究D.青岛:青岛大学,2017.8