中石化股份有限公司天津分公司天津300270
摘要:本文主要讲述了SCR脱硝技术,并对天津某公司热电部煤粉炉进行了SCR改造后的运行进行了细致的分析,对锅炉SCR改造后如何运行进行了总结,为运行中如何控制NOX的排放提出了可操作的指导建议。
关键词:SCR;NOX;脱硝
1主要设备简介
天津某公司热电部二期锅炉为两台杭州锅炉厂生产的高压、单汽包、自然循环、单炉体负压炉膛、π形布置的固态排渣煤粉炉(6、7号锅炉),后烟道下部布置两台豪顿华公司生产的回转空预器。燃用煤种为纯烟煤。
2SCR脱硝技术概述
SCR是目前国际上技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术,具有脱除效率高、无副产物、不形成二次污染,装置结构简单,运行可靠,便于维护等优点。反应原理为:在催化剂作用下,向烟气中喷入氨,将NOX还原成N2和H2O。
SCR的化学反应机理比较复杂,但主要的反应是NH3在一定的温度和催化剂作用下,有选择地把烟气中的NOX还原为N2,其过程涉及到数十个反应方程,但主要的反应过程可用以下方程来表示:
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
在没有催化剂的情况下,这个反应的理想温度是850℃~1050℃,即选择性非催化还原技术(SNCR)。这一温度窗口很狭窄,当温度高于1100℃时,氨气会氧化成NO,而且NOX的还原速度也会很快降下来;当温度低于800℃时,反应速度会很慢,NOX被还原的量很少,此时就需要添加催化剂,这就是选择性催化还原技术。根据所用催化剂的种类,反应温度可以选择在250℃~420℃之间,甚至可以低到80℃~150℃。
3系统设备简介
天津某公司热电部6、7号炉在2014年机组检修期间进行了SCR改造,在锅炉高温段省煤器与高温段空预器之间装设SCR催化剂,SCR系统装置由SCR催化剂、声波吹灰系统、蒸汽吹灰器组成。而在燃烧器上方有以前加装的燃尽风系统可以调节NOX生成。
我部的催化剂形式采用蜂窝式催化剂,主要化学成分为:TiO2、V2O5、WO3。催化剂层按两层设计,根据锅炉飞灰的特性合理选择孔径大小,以确保催化剂不堵灰,尽可能的降低压力损失。催化剂的运行温度范围为300~420℃。
SCR系统反应器上部设有喷氨格栅和整流格栅,烟气垂直通过反应器,还原剂氨气和稀释空气的混合设备。喷入SCR反应器烟道的氨气为空气稀释后的含5%左右氨气的混合气体。
4SCR系统投入运行后的效果试验
4.1运行初期的效果试验
在锅炉检修后,对SCR脱硝装置进行了摸底调试试验。表1列出了锅炉在不同负荷工况下的试验数据,通过表1可以看出SCR系统的投运有效的降低了锅炉的NOX排放,达到了天津市的排放标准。
表17号炉不同负荷工况下脱硝调试试验数据
通过表2可以得出以下结论:
一:由工况3、4、5看出在氨气调整门开度不变的情况下,停运一台给粉机可以降低脱硫出口氮氧化物浓度40左右,而且在停运给粉机过程中氨逃逸变化不大。
二:由结论一和工况1知,氨气调整门60,给粉机停运两台时脱硫出口氮氧化物可从178降低到100左右,满足原来车间氮氧化物调整50~100的要求。
三:由结论一和工况2知,氨气调整门50,给粉机停运两台时脱硫出口氮氧化物可从244降低到160左右,与不停运给粉机但调整门开度65时氮氧化物浓度相等,满足现在车间氮氧化物150~200的要求,氨逃逸5.6也比较低。同时可得出调整门开度从65关小到50,停运两台给粉机时脱硝效果相同。
四:工况1和工况2间隔时间为15分钟,在氨气调整门关小后氨气温度从128升到132摄氏度。可见,通过短时间停运给粉机、关小氨气调整门来提高氨气温度的方法是可行的。
5SCR系统投入后运行中的控制
5.1运行中应注意的关键点
(1)锅炉风机启动前,必须投入SCR装置的声波吹灰装置,检查吹灰系统投运正常后,方可启动锅炉吸、送风机,以防止SCR催化剂表面积灰,正常运行中,保持SCR声波吹灰长期投入,锅炉停运后,待风机全部停止方可停止声波吹灰系统。
(2)为了保证催化的寿命,催化剂对SCR系统的投入温度有一定的要求,所以规定锅炉启动后,负荷达到250t/h以上并且SCR催化剂前烟气温度300℃以上,方可投入SCR系统运行.
(3)运行中,控制锅炉SCR催化剂前后压差不超过850Pa。
(4)氨气在输送过程中会遇冷结晶,影响喷氨的均匀性,导致脱硝效率的降低和氨逃逸的升高,所以要控制氨气输送过程中的温度,尽量维持在130℃以上,以达到最好的喷氨效果。
5.2运行中的调整
锅炉启动后,在SCR未投入之前应对锅炉的各个系统进行合理的调整,控制NOX的原始值达到最低,以减少喷氨量。各系统调整建议如下:
5.2.1二次风的调节
二次风的调节是降低NOX运行调节的关键,一般认为,创造还原性燃烧气氛可以有效的减少燃烧过程中燃料型NOX的生成,在实际运行中,由于下二次风要起托火的作用,不能关得太小,在此条件下,可以通过减少中二次风和上二次风的风量,配合中下两层给粉的增加,使下两层燃烧器所处燃烧区煤粉的燃烧处于相对缺氧的还原性气氛,从而达到降低燃料型NOX生成的目的。而且二次风总门若关的太小容易加剧锅炉的结焦,所以一般二次风总门会保留一定开度。
5.2.2燃尽风的调节
燃尽风也是调节NOX的手段之一,在运行中通过开大上下两层燃尽风门来降低NOX,但是要兼顾排烟温度和一次风压。
5.2.3锅炉出口氧量的控制
在SCR系统投入后为保证SCR系统的运行效率和经济性,正常运行时应合理分配燃尽风和二次风、一次风系统各风门的开度。在低负荷时,尽量控制二次风门开度不超过30%,以保证正常的一次风压和炉膛出口氧量,随着锅炉负荷的提高,逐渐将燃尽风系统的风门开大,尽量控制SCR反应器入口NOX值不超过450mg/Nm3,以节约氨气用量。
6结论
通过试验可以看出SCR系统投入运行以后脱硝效率达到60%以上,且仍有提高的空间,可以控制烟囱NOX值排放在100mg/Nm3以下,符合天津市环保排放标准。