锅炉烟气脱硝尿素直喷的节能改造与系统优化.doc
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1、锅炉烟气脱硝尿素直喷的节能改造与系统优化摘要:针对国内锅炉烟气脱硝尿素直喷运行过程中存在的问题,从物耗、尿素分解率、副产物等方面进行分析,对当前成熟的尿素烟气直喷技术和尿素水解技术路线进行比较,形成尿素直喷节能改造的最佳技术路线。现场运行实践表明,采用尿素催化水解技术对尿素直喷进行改造,脱硝系统制氨可靠性得到大幅提高,优化了物耗、尿素利用率、对锅炉内钢管的影响等指标,节能改造的投资回收期为12 a。关键词:烟气脱硝;尿素直喷;尿素水解;尿素催化水解;直喷改造;引言NOx是产生酸雨、光化学烟雾的主要因素,对人体健康和生态环境造成严重威胁,因此为了控制煤燃烧后产生过多的NOx,对烟气进行脱硝处理。
2、脱硝是指将燃烧烟气中NOx转化为无毒无害气体的过程,NOx与还原剂NH3在一定条件下发生氧化还原反应,生成N2和水,满足脱硝改造的要求。氨属于可燃、易爆、有毒、具腐蚀性物质,危险类别为2.3类。建筑设计防火规范(GB 500162014)“储存物品的火灾危险性分类”规定,氨为乙类储存物品。氨是有毒物质,为GB 122682012规定的23003号危险品,导致人急、慢性中毒,严重时可致人死亡,其输送、卸料、贮存和使用时必须遵守危险化学品安全管理条例关于加强化学危险物品管理的通知常用化学危险品贮存通则及其他相关的国家标准与法规要求。液氨制氨工艺存在火灾、爆炸、中毒、灼烫等危险。根据危险化学品重大危
3、险源辨识(GB18218-2009),氨为危险化学品,其临界量为10 t,若超出即属于重大危险源。随着国家环保政策的实施,作为脱硝还原剂的液氨、氨水涉及到安全问题,已逐渐被尿素还原剂取代,还原剂的储存、制备与供应技术日渐成熟。尿素(CO(NH2)2)是无色或白色针状或棒状结晶体,相对分子质量为60.06,CO(NH2)2,工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒,无臭无味,含氮量约为46.67%,密度1.335 g/cm3,熔点132.7,溶于水、醇,难溶于乙醚、氯仿,呈弱碱性。目前常用的脱硝技术有选择性催化还原法SCR、非选择性催化还原法SNCR、SNCR-SCR烟气脱硝技术等。选择性催化还原脱
4、硝技术SCR脱硝技术,是在V2O5/TiO2催化剂作用下,以NH3或尿素为还原剂,选择性与NOx反应,生成N2和H2O,N2、CH4、CO等也可作为还原剂。NH3与NOx发生化学反应方程式为250450加入催化剂可加快NO转化为N2的进程,在一定物质的量(NH3/NO)条件下,可达80%90%的脱硝效率。由于尿素储存方便,无需太多安全性考虑,易于运输,故随着尿素转氨制备技术的日益成熟,1999年开始,尿素逐渐用于SCR系统的还原剂。由于传统的脱硝尿素热解法设备复杂、前期投资大、能耗大,炉内尿素直喷制氨技术可节省电加热及尿素热解装置设备,降低了能量消耗。尿素直喷技术在我国脱硝工程中得到了一定的应
5、用,但长期使用中发现普遍存在尿素利用率低、副作用大等缺点,目前国内多家电厂进行了尿素水解技术改造,本文在工程实践的基础上,对尿素隋杰改造技术进行深入分析和研究。1锅炉烟气脱硝尿素直喷运行现状尿素直喷法是一种选择性降低NOx排放量的方法(因喷入的氨只与烟气中的NOx反应,而不与烟气中的其他成分反应)。无催化剂时,NH3还原NOx反应只能在8001200进行,因此又称为选择性非催化脱硝法(SNCR)。尿素的喷入位置一般在炉膛上部烟气温度在8001200区域。在SNCR的区间温度内,尿素还原NOx反应是尿素还原和被氧化反应相互竞争的结果,总反应为SNCR脱硝技术特点:脱硝效率在30%50%,若进一步
6、增加脱硝效率,氨逃逸率大幅上升,对下游设备造成影响,并可能造成二次污染。SNCR+SCR耦合脱硝技术是将SNCR技术和SCR技术相结合,具有SCR技术的高效和SNCR技术投资小的特点。SNCR+SCR耦合工艺具有2个反应区,通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统,将还原剂喷人第1个反应区炉膛,高温下,还原剂与烟气中NO发生非催化还原反应,实现初步脱氮。然后,未反应完的还原剂进入耦合工艺的第2个反应区SCR反应器内进一步脱氮,从而实现较低的NOx排放。SNCR+SCR耦合法系统包括尿素储仓(库)、尿素溶解罐和储罐、尿素溶液输送泵、循环泵、计量与分配装置、稀释水系统、雾化与冷却空气系统、除盐水冷却系统、尿
7、素溶液注射器及控制装置、SCR烟气系统、反应器及其支撑、催化剂及吹灰系统、烟气耦合与整流装置、电气系统、控制系统等,工艺流程如图1所示。尿素直喷制氨系统主要由尿素溶液的计量装置和分配装置2部分组成,其作用是为了实现对尿素溶液流量的精准测量和输送到锅炉转向室的控制。在工程中,一般每台锅炉设置2套计量装置和分配装置,用于控制每个尿素溶液喷射器的流量和雾化空气的压力和流量。计量装置和分配装置分别布置在每侧锅炉转向室附近,通过SNCR或SCR系统的CEMS测量值在DCS逻辑中进行计算,得到需求的尿素量后,通过计量调节模块调节尿素调节阀的开度来控制尿素溶液流量,并与稀释水混合后,再由分配模块调节尿素溶液
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