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生物质循环流化床锅炉烟气脱硝技术研究与应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-03-14  浏览次数:15
核心提示: 随着社会对环保越来越重视,锅炉烟气超低排放已经在全国范围内推广实行。生物质直燃发电供汽过程中的氮氧化物排放不可忽视。针
  随着社会对环保越来越重视,锅炉烟气超低排放已经在全国范围内推广实行。生物质直燃发电供汽过程中的氮氧化物排放不可忽视。针对生物质直燃循环流化床锅炉SCR脱硝过程中烟气温度低、碱金属和飞灰含量高的问题,从SCR催化剂配方、脱硝反应器优化设计、脱硝系统集成优化和智能管理等几个方而进行研究,最终研究成果应用于130t/h高温高压生物质循环流化床锅炉。

  实践表明,SCR脱硝系统能够将NOx排放水平控制在50mg/m3以下,脱硝效率超过80%氨逃逸浓度低于2.3mg/m3,满足超低排放要求。

  2015年9月,浙江省印发《浙江省地方燃煤热电联产行业综合改造升级行动计划》,提出到2017年底,现有地方热电厂必须按要求进行烟气超低排放改造,新建、改建机组必须同步建设烟气超低排放治理设施,达到超低排放限值要求,其中规定NOx的排放限值为50mg/m3。

  在此规定下,生物质直燃供热发电厂也需要配套烟气超低排放治理设施。多年来人们对生物质的认识一直存在误区,对于生物质燃料来说,除了最为显著的CO2零排放特性,人们往往认为生物质燃料具有较低的氮含量。而实际上,大部分生物质中的氮含量为0.5%~1.5%,与煤炭中的氮含量大体相近。生物质燃料在燃烧过程中不可避免的会排放氮氧化物,己经有较多的研究表明生物质在燃烧过程中的氮氧化物排放不可忽视。

  但是生物质锅炉受燃料特性等因素的影响,烟气温度低、碱金属和飞灰含量高。如果采用燃煤机组上常用的选择性催化还原法(SCR)+选择性非催化还原法(SNCR)深度脱硝法,催化反应温度不够,还容易出现催化剂中毒、脱硝装置堵塞磨蚀等问题,最终造成NOx排放超标。针对这一问题,文中将从生物质锅炉烟气脱硝技术研究、工程实践与运行调整这3个方面进行阐述。

  1生物质锅炉脱硝技术研究与应用

  嘉兴新嘉爱斯热电有限公司建有1台130t/h高温高压生物质循环流化床锅炉,配套25MW汽轮发电机组。如何实现生物质燃料烟气污染物中NOx的超低排放己成为公司面临的主要难题。为达到环保排放标准,该公司拟采用SCR脱硝技术降低生物质锅炉烟气污染物排放。

  生物质循环流化床锅炉具有燃料种类复杂、锅炉负荷波动较大、燃烧不稳定的特点,易造成锅炉烟气中飞灰碱金属含量高、PM浓度高、湿度大。己有研究无法同时解决SCR脱硝过程中低温、高碱、高灰等问题,需要在烟气排放特性、低温抗碱催化剂配方、反应器优化设计、设备管理与技术集成等方面进行深入研究。

  由于生物质锅炉烟气温度偏低、飞灰中碱金属含量较高,通过传统SNCR技术和SCR技术难以实现生物质锅炉烟气的高效脱硝。针对这一难题,公司开发适用于生物质锅炉排放特性的SCR高效脱硝技术,重点开展生物质锅炉烟气排放特性、低温抗碱金属催化剂配方、生物质锅炉脱硝反应器的优化设计和生物质锅炉烟气SCR系统集成等研究,建立满足生物质锅炉NOx超低排放要求的脱硝系统。项目实施内容主要包括生物质锅炉烟气排放特性研究、生物质锅炉的SCR催化剂配方研究、生物质锅炉脱硝反应器的优化设计、生物质锅炉高效脱硝技术集成及示范应用等4个方面。

  项目启动后,在调研过程中,收集了生物质循环流化床锅炉烟气温度、含氧量、NOx、SOx、PM浓度等关键烟气参数及飞灰中碱金属含量、生物质燃料特性分析等第一手资料,为低温抗碱金属催化剂配方研究和SCR反应器整体设计提供基础。

  生物质循环流化床锅炉烟气温度较低(低至280℃)、烟气中飞灰含量高、碱金属含量高。项目研究过程中,重点研究了活性组分种类、负载量对催化剂脱硝活性和抗硫抗水性的影响规律;研究了不同种类毒物在催化剂表面的吸附及其对催化剂活性位的毒化机制。研究了不同活性组分改性、保护/牺牲层负载量、负载次序等对催化剂酸性和氧化性的强化和对反应活性等的影响规律,形成了适用于生物质锅炉烟气排放特性的SCR催化剂配方。

  生物质循环流化床锅炉尾部空间狭小,烟道结构复杂。设备安装过程中,对脱硝反应器内喷氨系统、混合装置、SCR催化剂用量和布置形式进行了优化设计,进而实现反应器内流场、温度场和浓度场的优化,达到抑制催化剂孔道的堵塞、延长催化剂的使用寿命的目的,最终形成适用于生物质锅炉的脱硝反应器优化设计技术方案。

  生物质循环流化床锅炉运行过程中,负荷波动大,为了使整个脱硝系统有效运行,需要对脱硝技术进行集成优化、智能管理。因此,整个脱硝系统还集成了控制系统、供配电系统、电气控制与保护、照明、检修系统及安全滑线、防雷接地系统。

  整个项目的研究与实践紧密结合,最终实现了生物质锅炉高效脱硝系统在130t/h的生物质循环流化床锅炉上的应用,为实现生物质锅炉烟气氮氧化物的超低排放提供支撑。

  2生物质锅炉高效脱硝系统运行分析

  经过不断实践探索,研究成果应用于生物质循环流化床锅炉配套烟气SCR脱硝系统。整个系统设计要求如表1所示。

表1脱硝系统技术要求

  烟气SCR脱硝系统由烟气系统、氨制备及喷氨系统、催化剂及吹灰系统组成。其中烟气系统包括催化剂温度、压力等;氨制备及喷氨系统包括稀释风、冷却风、氨水、压缩空气等;催化剂及吹灰系统包括声波吹灰器、压缩空气、电磁阀等。

  SCR催化剂共2层,布置在省煤器和空预器之间。

  生物质燃料在炉膛内燃烧释放出的烟气,经过旋风分离器后,进入尾部烟道,经过热器、省煤器、空预器后进入除尘器。烟气参数如表2所示。

表2烟气参数

  SCR脱硝系统采用20%浓度的氨水溶液作为还原剂。系统中的压缩空气参数主要为:0.6~0.7MPa;0.7MPa压力露点-20℃;含油蕊0.1x10-6;含尘粒径≤1μm。

  整个系统安装调试运行耗时长达4个月。经过精心调试,系统内各类泵均能提供稳定的压力及介质流量,流量自动控制准确;氨水消耗量小于设计值,喷枪雾化效果良好;不同负荷下,催化剂性能良好,压差及氨逃逸均优于设计值。在各相关锅炉工况下,整套SCR脱硝系统各设备工作正常,各项性能及指标均能满足设计要求。

  锅炉尾部烟道中SCR出口NOx浓度在168h内变化曲线如图1所示。


图1:SCR出口NOx浓度随时间变化

  由图1可知,在运行期间SCR出口NOx浓度随时间波动较大,但整体排放水平控制在50mg/m3以下,脱硝效率超过80%,满足系统设计要求。NOx浓度波动较大与锅炉负荷、燃料变化和烟气中氧浓度有关。

  空预器前氨逃逸仪表监测到氨逃逸浓度随时间变化如图2所示。


图2:SCR出口氨逃逸随时间变化

  由图2可知,SCR投运后氨逃逸浓度维持在较低水平,远低于设计要求的2.3mg/m3,满足排放要求。

  168h运行试验表明,SCR脱硝系统总体状况优良,设备正常,达到了系统设计要求。SCR脱硝系统顺利通过168h验收。但由于生物质锅炉负荷和给料相对不稳定,NOx原始浓度波动大,导致氨水流量很难控制,容易出现NOx和氨逃逸短时超标现象,后期运行过程中需尽量稳定锅炉负荷。

  3结语

  为实现超低排放,针对生物质循环流化床锅炉燃料种类复杂、负荷波动较大、燃烧不稳定的运行特点,以及尾部烟气温度较低(低至280℃)、含湿量大、飞灰碱金属含量高的特殊排放特性,在SCR脱硝系统燃料和负荷波动适应性、SCR催化剂配方、脱硝反应器等方面展开针对性研究,并将研究成果付诸于实践进行验证。实践表明,SCR脱硝系统能够将NOx排放水平控制在50mg/m3以下,脱硝效率超过80%氨逃逸浓度远低于设计要求的2.3mg/m3,满足超低排放要求。

 
 
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