廣州瑞明電力對(duì)SNCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用
在國(guó)家政策對(duì)發(fā)電企業(yè)環(huán)保治理的要求越來(lái)越嚴(yán)格, 以及發(fā)電企業(yè)要為社會(huì)的環(huán)境保護(hù)不斷做出新貢獻(xiàn)的理念之下, 廣州瑞明電力股份有限公司在投入 2 臺(tái) 420 t / h 鍋爐的煙氣脫硫系統(tǒng)以后, 又著手在煙氣脫硝、降低 NO x 排放方面進(jìn)行技術(shù)改造。一方面采用低 NO x 燃燒技術(shù), 另一方面應(yīng)用選擇性非催化還原 ( select ive non2cat alyt ic reduct ion , SNCR)脫硝技術(shù)對(duì) 2 臺(tái) 420 t / h 鍋爐進(jìn)行爐內(nèi)脫硝的技術(shù)改造。此工程于 2005 年 11 月立項(xiàng), 由廣州宇陽(yáng)電力科技有限公司組織, 參加者有廣州瑞明電力股份有限公司、黃埔發(fā)電廠、浙江大學(xué)熱能工程研究所、浙江省天正設(shè)計(jì)有限公司、杭州家和智能控制有限公司等單位。針對(duì) SNCR 技術(shù)開發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題, 結(jié)合瑞明電廠鍋爐的實(shí)際情況, 進(jìn)行了認(rèn)真的研究, 為獲得 SNCR 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù), 對(duì)鍋爐的爐膛溫度場(chǎng)、爐膛氣氛?qǐng)龊蜔煔馀欧盘匦赃M(jìn)行了測(cè)試, 整個(gè)工程經(jīng)歷了可行性研究、初步設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)的審查, 最后于 2007 年 7 月 2 號(hào)在鍋爐的大修期間完成了 SNCR 脫硝系統(tǒng)的安裝和系統(tǒng)的冷熱態(tài)調(diào)試, 使系統(tǒng)能正常投入運(yùn)行。2 號(hào)鍋爐的SNCR 脫硝系統(tǒng)于2007 年12 月經(jīng)歷了168 h 試運(yùn)行, 在 2008 年 1 月下旬由廣東省電力節(jié)能檢測(cè)中心進(jìn)行了性能驗(yàn)收試驗(yàn), 并且于 3 月份由廣州市環(huán)保監(jiān)測(cè)站進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)收。試驗(yàn)結(jié)果表明, 廣州瑞明電力股份有限公司把 SNCR 脫硝技術(shù)用于鍋爐爐內(nèi)脫硝取得了預(yù)期的效果, 脫硝率大于 30 % , 可達(dá)到 50 % , 氨逃逸量不超過(guò) 3 ×10 - 6 (在脫硝率為 30 %時(shí)) 。目前廣州瑞明電力股份有限公司又開始了 1 號(hào)鍋爐的SNCR 脫硝工程。
1 SN CR 脫硝系統(tǒng)的機(jī)理和組成
1.1 SNCR脫硝系統(tǒng)的脫硝機(jī)理
SNCR 脫硝技術(shù)是一種成熟的 NO x 控制處理技術(shù)。具體方法是當(dāng)煙氣溫度在 870～1 200 ℃時(shí), 將氮還原劑 (一般是氨或尿素) 噴入煙氣中, 把 NO x 還原, 生成氮?dú)夂退Ｋc選擇性催化還原 (select ive cat alyt ic reduct ion , SCR ) 技術(shù)不同, SCR 由于使用了催化劑, 因此可以在很低的溫度下脫除 NO x。兩種方法都是利用氮還原劑對(duì) NO x 還原的選擇性, 有效地避免了 SNCR 還原劑與富氧煙氣中過(guò)量的氧氣反應(yīng), 因此稱之為選擇性還原方法。這兩種方法的化學(xué)反應(yīng)原理相同, 其差異在于氮還原劑噴入的場(chǎng)合: SNCR 是在高溫的爐膛上部區(qū)域或?qū)α鳠煹绹娙? SCR 則將氮還原劑噴入布置在低溫的催化反應(yīng)塔內(nèi)。
在可供選擇的還原劑中, 尿素具有運(yùn)輸存儲(chǔ)簡(jiǎn)單安全、貨源易得等優(yōu)點(diǎn)。因此, 選擇尿素作為 NO x 的還原劑。
尿素(N H2 ) 2 CO 噴入爐內(nèi)后, 與 NO 的反應(yīng)機(jī)理如下:
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1.2 SNCR脫硝系統(tǒng)的組成
SNCR 脫硝系統(tǒng)主要包括尿素存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)、尿素溶液儲(chǔ)存系統(tǒng)、溶液噴射系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。SNCR 脫硝系統(tǒng)的組成如圖 1 所示。
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1.2.1 尿素供應(yīng)站
尿素存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)和尿素溶液儲(chǔ)存系統(tǒng)集中布置, 共同組成尿素供應(yīng)站(以下簡(jiǎn)稱“尿素站” ) 。尿素站占地面積約 235 m2 , 高約 15 m。它的主要設(shè)備包括: 1 個(gè)干尿素儲(chǔ)倉(cāng), 1 個(gè)計(jì)量倉(cāng), 1 臺(tái)螺旋輸送機(jī), 1 個(gè)配液池, 2 個(gè)尿素溶液儲(chǔ)罐, 2 個(gè)尿素溶液輸送泵和 2 個(gè)水加壓泵。在尿素站內(nèi), 完成尿素儲(chǔ)存、尿素溶液配制的任務(wù), 泵送到爐前噴射系統(tǒng)。
1.2.2 爐前噴射系統(tǒng)
爐前噴射系統(tǒng)由三層噴射層組成, 每層由 14 個(gè)噴射器組成。三層噴射層布置在爐膛燃燒區(qū)域上部和爐膛出口處, 以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化引起的爐膛煙氣溫度變化, 使尿素溶液在最佳反應(yīng)溫度窗口噴入爐膛。每層噴射層都設(shè)有總閥門控制本噴射層是否投運(yùn), 不投運(yùn)的噴射槍則由氣動(dòng)推進(jìn)器帶動(dòng)退出爐膛避免高溫受熱。各噴射層的尿素管道和霧化蒸汽管道上均設(shè)有調(diào)節(jié)閥門, 控制噴射層的流量。
1.2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)
自動(dòng)控制系統(tǒng)采用獨(dú)立的可編程序邏輯控制器 ( PL C) , 系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置 1 臺(tái)工程師站 (兼操作員站) , 預(yù)留 OPC 通信接口與電廠分散控制系統(tǒng) (DCS)通信; 系統(tǒng)設(shè)有必要的報(bào)表、查詢和報(bào)警等功能。控制系統(tǒng)根據(jù)采集的相關(guān)信號(hào), 控制、調(diào)節(jié)主要設(shè)備運(yùn)行情況和噴槍運(yùn)行情況, 實(shí)現(xiàn)高效脫硝。
2 SNCR 脫硝系統(tǒng)的168h試運(yùn)行
2007 年 12 月完成了 SNCR 脫硝系統(tǒng)的 168 h試運(yùn)行, 針對(duì)鍋爐的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況, 通過(guò)增減尿素溶液投入量和切換噴射層的方式, 不斷摸索今后的最佳運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù), 以滿足經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)安全性要求。在 SNCR 脫硝系統(tǒng)投運(yùn)前, NO x 排放的質(zhì)量濃度多在 400 mg/ m3 左右, SNCR 脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后, 將 NO x 排放的質(zhì)量濃度控制在 270 mg/ m3 左右。
在SNCR 脫硝系統(tǒng)投運(yùn)期間, 除個(gè)別時(shí)刻的汽溫在525 ℃ 左右, 主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度多在(534 ±3) ℃。主蒸汽溫度平均值為 530 ℃, 再熱蒸汽溫度平均值為 532 ℃。這一溫度水平與 SNCR 脫硝系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)相差無(wú)幾, 說(shuō)明通過(guò)燃燒調(diào)整, 能夠在 SNCR 脫硝系統(tǒng)投運(yùn)的情況下保持正常汽溫水平。
從理論上分析, 將 2 t 左右的水噴入爐膛上部溫度為 1 100 ℃ 的煙氣中, 水分將快速蒸發(fā), 因蒸發(fā)吸熱將引起煙氣溫度下降約 12 ℃。煙氣溫度下降將帶來(lái)傳熱溫差減小, 輻射傳熱減弱, 導(dǎo)致爐膛上部的屏式過(guò)熱器吸熱減少, 從而引起主蒸汽溫度下降。
因此, 只要能夠通過(guò)鍋爐運(yùn)行燃燒調(diào)整, 使?fàn)t膛上部屏區(qū)煙氣溫度上升 12 ℃, 就能夠消除 SNCR 脫硝系統(tǒng)投運(yùn)對(duì)汽溫造成的不利影響。在168 h 試運(yùn)期間, 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定, 脫硝效果顯著, 未出現(xiàn)任何異，F(xiàn)象, 達(dá)到了項(xiàng)目最初設(shè)計(jì)目標(biāo)。
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