淺析脫硫脫硝技術(shù)在企業(yè)自備電站鍋爐系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

徐茂利

摘 要：企業(yè)自備電站鍋爐脫硫脫硝項(xiàng)采用層燃鍋爐低NOx燃燒系列集成技術(shù)對(duì)鍋爐進(jìn)行脫硝處理改造，采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝的濕法脫硫裝置進(jìn)行脫硫。通過(guò)文章的分析，希望對(duì)相關(guān)工作起到參考的意義。

關(guān)鍵詞：脫硫脫硝；自備電站；鍋爐系統(tǒng)；應(yīng)用

目前，隨著國(guó)家環(huán)保部節(jié)能減排總體規(guī)劃的實(shí)施，企業(yè)自備電站鍋爐煙氣排放實(shí)行（GB13223-2003）《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅱ時(shí)段排放的相關(guān)指標(biāo)，煙塵最高允許最高排放濃度為50 mg/Nm3的限值、二氧化硫允許最高排放濃度為200mg/Nm3，氮氧化物允許最高排放濃度為650mg/Nm3。八九十年代建設(shè)的企業(yè)自備電站原有設(shè)施已無(wú)法滿足要此求，其改造現(xiàn)有鍋爐除塵脫硫脫硝項(xiàng)目已是迫在眉睫的大事。

寧安市鏡泊湖糖業(yè)有限責(zé)任公司自備電站于1989年建設(shè)，公司正在運(yùn)行的三臺(tái)鍋爐（35t/h×2臺(tái)、20t/h×1臺(tái)），原配套的除塵器是2006年投入使用的陶瓷多管除塵器，原有設(shè)施已不能滿足現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。2012年對(duì)現(xiàn)有自備電站鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行了脫硫脫硝除塵技術(shù)改造。項(xiàng)目采用層燃鍋爐低NOx燃燒系列集成技術(shù)對(duì)鍋爐進(jìn)行脫硝硝處理改造，在原來(lái)的除塵器后增加濕法脫硫裝置。

1 脫硝系統(tǒng)方案

1.1 采用層燃鍋爐低NOx燃燒系列集成技術(shù)

針對(duì)燃煤工業(yè)鍋爐的燃燒特性和NOx生成規(guī)律，脫硝工藝技國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)了層燃鍋爐低NOx燃燒系列集成技術(shù)。根據(jù)不同煤種、不同爐型、不同運(yùn)行方式、不同控制指標(biāo)，選擇單元方案，協(xié)同實(shí)現(xiàn)煤層燃過(guò)程的NOx經(jīng)濟(jì)高效控制。單元技術(shù)包括如下內(nèi)容：

1.1.1 煤層燃過(guò)程N(yùn)元素前移途徑改變技術(shù)

研究表明，煤中的含氮結(jié)構(gòu)相對(duì)比較穩(wěn)定，對(duì)于高揮發(fā)分煤，主要的氮析出一般在溫度高于950℃時(shí)才會(huì)發(fā)生，此時(shí)煤己失重10%。在溫度低于700℃時(shí)，基本沒(méi)有HCN和NH3等前驅(qū)產(chǎn)物析出，焦油氮是主要的氮析出物。在高溫下脫除揮發(fā)分時(shí)，氮的釋放速率大于其余揮發(fā)分，導(dǎo)致焦炭中的N/C比小于原煤中的N/C比。

在揮發(fā)分熱解過(guò)程中，燃料中的氮一部分隨揮發(fā)分析出，這部分氮被稱為揮發(fā)分氮；而另一部分留在焦炭中，被稱為焦炭氮。燃料中的氮在揮發(fā)分和焦炭中的分配比例受多種因素的影響，主要包括：煤種、溫度、加熱速率、停留時(shí)間、壓力和氧氣水平。

對(duì)于低階煤，氮組分的析出遠(yuǎn)慢于揮發(fā)分的析出，這主要是由于在低階煤熱解早期水分和小分子熱解產(chǎn)物的迅速析出。對(duì)于中等煤階的煤種，氮析出速率基本與揮發(fā)分析出速率相同；而對(duì)于高階煤如低揮發(fā)分的貧煤和無(wú)煙煤，氮的析出速率反而要快于煤的失重速率。由于煤脫除揮發(fā)分的程度隨溫度升高不斷增大，初級(jí)脫揮發(fā)分放出的焦油等物質(zhì)，其含氮量與原煤接近；次級(jí)脫揮發(fā)分放出甲烷、氫氣等氣體，導(dǎo)致半焦N/C比升高；而隨熱解溫度進(jìn)一步升高，揮發(fā)分氮大量析出，導(dǎo)致煤焦N/C比趨于下降。

基于上述理論研究，提出了與關(guān)鍵參數(shù)：煤種、溫度、加熱速率、停留時(shí)間、壓力和氧氣水平等關(guān)聯(lián)的N元素前移途徑改變技術(shù)。通過(guò)匹配調(diào)整上述關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)煤層燃過(guò)程的自主低NOx排放過(guò)程。

1.1.2 低過(guò)量空氣系數(shù)與貧氧燃燒結(jié)合的低NOx燃燒技術(shù)

針對(duì)燃料型NOx控制機(jī)理的研究已開(kāi)展了近半個(gè)世紀(jì)，有試驗(yàn)表明，HCN是熱解首先析出的物質(zhì)，而NH3則在焦炭氧化及低階煤的高溫?zé)峤膺^(guò)程中析出。煤熱解過(guò)程中釋放的HCN量很少，但其余含N組分在高化學(xué)當(dāng)量比氣氛下會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為HCN。在富燃料氣氛下，燃料N和C-H化合物的主要產(chǎn)物為HCN，所以在燃燒區(qū)域，燃料N主要以HCN形式析出。因此可以認(rèn)為煤在高溫主燃燒區(qū)域燃燒過(guò)程中，HCN是最穩(wěn)定的含N產(chǎn)物。無(wú)論是在富燃料氣氛下還是富氧燃燒氣氛下，HCN都是析出的中間產(chǎn)物之一，HCN隨后反應(yīng)生成NHi，并進(jìn)一步生成NO或者N2。

基于上述理論研究，提出了協(xié)同考慮煤層燃過(guò)程燃盡與低NOx生成的“低過(guò)量空氣系數(shù)與貧氧燃燒結(jié)合的低NOx燃燒技術(shù)”。

1.1.3 氣固異相催化還原NOx技術(shù)

煤在熱解的過(guò)程中，揮發(fā)分N會(huì)生成中間產(chǎn)物HCN和NHi（R1），然后中間產(chǎn)物會(huì)被氧化為NOx（R2）或把NOx還原為N2（R3），而焦炭N在燃燒或者氣化過(guò)程中則會(huì)被氧化為NOx（R4）。值得一提的是，NOx（高溫下主要是NO）在焦炭表面又會(huì)被還原為N2（R5）。

1.2 具體工程技術(shù)方案

低NOX燃燒原理示意圖如下。

具體包括三個(gè)系統(tǒng)和三個(gè)工作區(qū)域，三個(gè)系統(tǒng)為煙風(fēng)調(diào)整系統(tǒng)、選擇性氣固分離系統(tǒng)和測(cè)量控制系統(tǒng)；三個(gè)工作區(qū)域?yàn)榛瘜W(xué)當(dāng)量比調(diào)整區(qū)、爐內(nèi)還原區(qū)和爐內(nèi)燃盡區(qū)。

2 脫硫方案系統(tǒng)介紹

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝是當(dāng)今世界主導(dǎo)脫硫工藝，約占煙氣脫硫裝置總?cè)萘康?0%以上，其特點(diǎn)是技術(shù)最為先進(jìn)成熟，系統(tǒng)可靠性高，脫硫效率高，吸收劑來(lái)源廣泛且價(jià)廉，副產(chǎn)品處理工藝技術(shù)成熟，自動(dòng)化程度高，副產(chǎn)品有廣泛的利用價(jià)值，適用于各種煤種。

2.1 工藝系統(tǒng)概述

本脫硫工程工藝系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、排漿及一級(jí)脫水系統(tǒng)、石膏二級(jí)脫水系統(tǒng)、吸收劑制備及加漿系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等組成。吸收塔為逆流噴淋空塔，就地強(qiáng)制氧化方式。

脫硫產(chǎn)物石膏經(jīng)一、二級(jí)脫水，汽車外運(yùn)處置。

吸收劑制備系統(tǒng)按買粉制漿方案考慮。

脫硫廢水為石膏濾液，直接送到鍋爐房沖渣或粉煤灰調(diào)濕用，不另行設(shè)置脫硫廢水處理系統(tǒng)。

2.2 脫硫系統(tǒng)圖、布置圖見(jiàn)附圖。

改造后，經(jīng)環(huán)保部門驗(yàn)收除塵效率可達(dá)99%以上、脫硫效率為90%、脫硝效率為40%。經(jīng)除塵脫硫凈化處理后，從煙囪排放的煙塵濃度為二氧化硫排放濃度為52.64mg/Nm3、氮氧化物排放濃度為315.92mg/Nm3。該值均低于國(guó)標(biāo)（GB13223-2003）《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的鍋爐二氧化硫最高允許排放濃度200mg/Nm3的限值、鍋爐氮氧化物最高允許排放濃度650mg/Nm3的限值。