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    火電廠煙氣脫硝工藝方案技術經濟比較研究
    作者:  發布于:2021-06-23 08:37:46  

    1 火電廠NOx排放生成機理

    在火電廠運行生產過程中排放的煙氣中,氮氧物基本由NO及NO2構成。煤經過燃燒產生的氮氧化物排放量同其燃燒的具體方式、供氧量、溫度等條件相關。研究顯示,煤在燃燒時產生NOx的途徑大體分為三種,分別為熱力式、燃料式、快速式。這三種途徑所生成NOx的排放量各不相同。其中NOx排放量生成最多的是燃料型,占比大約為60%~80%,NOx排放量排在第二位的是熱力型,排放量最少的是快速型。

    1.1 熱力型NOx排放生成機理

    燃料在爐膛內燃燒形成環境高溫,與空氣中的氮和氧產生反應,就會生成NO2和NO,我們將其稱作熱力型的NOx。在這個過程中溫度是生成NOx最主要的決定性因素,如果爐內溫度達不到1000℃,生成的NOx就較少,濃度不高;如果爐內溫度超過1300℃~1500℃,生成的NOx含量可達500~1000 ppm?梢,生成的NOx速度與升高的溫度指數密切相關。故此,對于熱力型的NOx最有效的控制辦法就是降低爐膛溫度,以達到減少NOx排放量的目的。

    1.2 燃料型NOx排放生成機理

    燃料式NOx指的是在燃料當中氮合物在燃燒后產生NOx,是由燃煤機組形成煙氣NOx的主要排放途徑。開展生成燃料型的NOx原因及機理破壞研究,對于控制NOx的生成具有非常重要的作用。煤炭當中的NO通過燃燒生成NOx和煤揮發與燃燒的空氣過量系數相關,在該系數超過1的環境中,煤產生揮發份如果越高,產生的NOx量也就越多,如果該系數低于1時,揮發份較高的燃煤產生的NOx量就比較低,主要的影響因素是快速燃燒的揮發份較高燃料致使氧氣含量快速降低,有礙NOx生成。

    1.3 快速型NOx排放生成機理

    快速反應型的NOx指的是,在燃燒時燃料中碳氫化物所產生的烴和空氣中富含N2產生反應,生成CN、HCN,之后再氧化生成NOx。故此,快速型NOx生成在化合物碳氫含量較高、氧濃度相對比較低的富燃料區域,大多發生在內燃機工作過程當中,在燃煤電力鍋爐中生成的快速型NOx量較低。

    2 煙氣脫硝的工藝技術優化方案

    2.1 催化還原法(SCR)脫硝技術工藝

    不同的催化劑對選擇性還原催化法脫硝溫度起著決定性作用,由此確定煙道尾部的催化室位置,也就是說催化劑種類是由催化劑室所決定的。此方法對NOx的有效脫除率超過90%,具有非常好的環保發展前景。這種選擇性還原催化脫硝法由催化劑及其反應器、制備區、氨存儲、氨噴射等部分組成。其中反應器需根據以下三種情況在鍋爐的煙道內進行設置。

    前置式設置:設置于預熱器之前、省煤器之后,該部位的環境溫度在350℃上下,是適合大部分催化劑反應的溫度,得到普遍應用。但由于該部位灰塵煙氣較為嚴重,易出現催化劑燒結、催化劑中毒、煙道內發生不向程度的堵塞、反應器出現不向程度磨損等各種問題。

    中置式設置:設置于預熱器與除塵器之間。此方法因除塵器不能在溫度300℃~400℃的環境中工作,故極少使用。

    后置式設置:設置于FGD后面。在鍋爐設備尾部設計濕法工藝脫硫技術設置,然后把反應器安裝在FGD之后,實現催化劑在無SO2、無塵的環境中工作,需使用具有活性較高類催化劑,同時使催化劑反應器的布置更加緊密,如果煙氣的溫度在50℃~60℃以下,無法滿足催化劑反應溫度,要在煙道中裝配加熱器或是燃燒器,由此消耗的能源及運行所需的費用就會有所增加。

    2.2 非催化(SNCR)脫硝還原法技術工藝

    爐膛脫硝噴射的實質是在特定溫度的環境下,把物質從爐膛內向外噴射,將NOx原還,達到減少NOx排放量的作用。噴射的物質包括水、氨、二次燃料等,只是二次燃料及水的噴射方法還存在問題,如怎樣把NO氧化成NO2,怎樣實現非選擇性的反應等,至目前為止該技術有待完善。

    噴氨法實質上是一種減少NOx排放量的工藝技術,如果不添加催化劑,則NH3在還原為NOx時,只能在溫度950℃~1050℃的區間內完成。該方法由此被稱作(SNCR)非催化選擇性脫硝法。

    2.3 SNCR-SCR混合法

    混合法SNCR-SCR,是把效率比較高的脫硝工藝SCR和投資比較低的工藝SNCR進行優勢互補,即彌補了工藝上的不足,又能讓工藝優勢得到充分發揮。該方法前端工藝SNCR,利用設置于鍋爐墻面的噴射裝置把尿素與氨的混合液噴進爐膛,通過高溫與煙氣中的NO產生還原非催化作用,將其中NOx分離出去,當反應完成,再將沒能反應的氨送進SCR進行工藝處理,繼續脫硝;旌戏⊿NCR-SCR是把SNCR與SCR這兩種工藝優勢互補,即降低了成本,又使脫硝率得到了有效提高,脫硝率最高可達95%以上。

    3 煙氣脫硝技術工藝的經濟分析

    3.1 費用及經濟的相互優化

    在火電廠設計施工當中,需要把技術和經濟有效結合,對脫硝煙氣技術的優化改造即要經濟又要環保,要在有效減少工程費用的同時提高效益,通過技術優化實現效益最大化,在脫硝煙氣技術參數的設計中要對相關運行費、脫除費、排污費進行合理安排,要充分考慮國家相關政策及經濟指標的影響,實現費用最小化,需要綜合生態及環境等各方面因素后實行,在火電廠的脫硝設備運行中需要投入人力監控及設備維護等方面成本,以實現以最少費用來保證企業效率的最大化。

    3.2 經濟指標

    隨著經濟的發展和社會的進步,電力生產對燃煤的需求量也不斷提升,氮氧化合物的生成和排放量也會成倍增長,對大氣環境構成極大威脅。對此,我國相繼制度并頒布多項減排節能的法規和制度,并積極推進脫硝工程改造,努力將國家電廠向環保型電廠改進,以有效促進生態環保建設。在選擇脫硝的工藝及裝置上需著重于技術效益,對催化劑、脫硝率、氨氣逃逸率、NOx濃度、煙氣溫度及含在燃料中的微量元素及其特性、鍋爐采用燃燒的方式及機組的容量等各種因素進行充分考慮。在選擇脫硝方法時要以安全可靠為前提優先選用,對于水電及能源的消耗方案也需從優選用,另外還要對脫硝率、還原劑、運行成本等相關因素綜合分析考慮,使脫硝工藝技術更完善、更先進,使企業經濟效益得以顯著提高。

    3.3 工程投資性經濟分析

    煙氣的脫硝技術工程投資涉及對脫硝裝置電氣、本體以及控制應用系統等方面的投資,具體分為購置設備費、調測費、建設費用等。此外還包括用于改造工程方面的投資,其中涵蓋改造長房、空預、省煤器等,其建筑工程投資方面包括安裝費、投資費、設備費等,另外還包括準備費、預備費、調測費、服務費、啟動費等各項建設費用。同時要研究界定工程年利用的時間,有效控制還原劑的單價,要對還原劑使用情況進行記錄和分析,對工程用量的使用要進行監測控制,對每年催化劑使用所需的費用以及維護費用、排污費用、折舊費用、還有內部性的其它收益等進行臨界值統計分析,要對各項數據進行實時監控,以保證各項工程數據處于合理區間。要了解和掌握財務數據的變動情況,對各項經營指標加以分析。

    4 結語

    隨著社會的進步和經濟的發展,氮氧化合物所造成的大氣污染越來越嚴重,其中火電廠排放的氨氧化合物占總量的一半,我國已將其作為重點治理項目。本論文通過對脫硝工藝技術現狀、發展、效益的分析研究,有針對性的提出了合理化不同方面的建議,根據科學、可行性原則,對脫硝技術工程進行經濟及效益方面的評價與分析,以供參考和借鑒。


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