浅析SCR脱硝工艺在集中供热锅炉中的运用

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2013-03-31 18:50:27

1 集中供热工程的含义

集中供热工程是我国城镇现代化基础设施的重要组成部分,在我国城镇公共事业发展中发挥着重要作用。其供热方式是把蒸汽或热水作为热力传播的媒介和载体,通过热网将一个或多个热源的热能提供给城市、乡镇或其中某些区域的热能用户,具有有效减少分散采暖污染物排放量、提高采暖效率、降低采暖能源消耗的特点。目前集中供热已成为我国北方城镇居民采暖方式的核心发展趋势[2]。

为了适应我国大气污染物减排力度的要求,集中供热锅炉运用了大型燃煤电厂的选择性催化还原脱硝的成熟工艺技术。受锅炉自身特点的要求,在实施烟气脱硝技术过程中,必须首先解决集中供热锅炉的负荷和炉温等频繁发生变化的问题,以达到持续稳定运行的效果[3]。烟气脱硝技术有效实施对集中供热锅炉氮氧化物的减排有着重要的作用,是我国中小型工业锅炉氮氧化物减排的可行性战略之一。

2 锅炉改造

为使SCR装置能够处于连续投运的状态,必须保证SCR系统入口的烟温能够满足工况要求。可以通过改进锅炉结构和受热面的布置方式,使 得锅炉负荷在较宽范围波动时,SCR装置入口的烟气温度均能够满足290 ℃~410 ℃高温催化剂的工作温度。

以某64 MW锅炉为例,对该锅炉的对流管束进行了相应的调整,从炉后起,每侧拆除了膜式壁换热面的8块封板,改造成可调节的阀板,在低负荷时,高温烟气短路混入锅炉到脱硝设备入口的低温区,提升烟气温度。高负荷时,调整阀板使短路通道关闭,保证锅炉到脱硝设备入口的烟温稳定在脱硝工作范围,锅炉调整见第82页图1。经过热力计算和研究,确定以低负荷21 MW为基准,确保在此之上的基本负荷段,SCR出口烟温在290 ℃~410 ℃之间,布袋除尘器入口烟温不低于90 ℃。此时脱硝入口烟温处于脱硝温度区间内[4]。此温度区间既可保证脱硝的运行,又能保证锅炉的设计能力和热效率,同时确保布袋不会发生低温腐蚀。

3 SCR工艺技术的优化

为解决SCR脱硝技术难以适应集中供热锅炉负荷和炉温的频繁变化,无法达到稳定持续运行的效果等问题,必须对SCR工艺装置进行优化,以保证SCR脱硝技术的顺利实施,从而实现集中供热锅炉烟气脱硝的目的[5]。

3.1 SCR工艺技术的原理分析

SCR工艺技术是目前应用最为广泛也是效果最为明显的烟气脱硝技术,主要采用选择性催化还原法来实现烟气脱硝。在具体实施中,烟气中的氮氧化物在催化剂的作用下被还原成不会造成大气污染的氮气和水。在反应中,还原剂有选择性地与烟气中残留的O2发生了反应。因此,SCR脱硝工艺技术被称为选择性催化还原法。

在催化剂的选择上也要适当,适当的催化剂将直接决定烟气脱硝反应有效进行的温度范围,对于烟气脱硝的效果有着很大影响。

3.2 SCR脱硝工艺系统的物料平衡

SCR工艺系统的物料平衡是SCR工艺技术设计优化的可靠依据,必需模拟研究集中供热锅炉整个烟气脱硝过程。在建立物料平衡、能量平衡和化学反应平衡虚拟工程平台的基础上,根据基本设计条件的要求,计算出供热锅炉在不同负荷和工作状况下的系统物料平衡和消耗状况。

3.3 SCR装置优化与数值模拟

为保证集中供热锅炉烟气脱销的效率,要求烟气中的氮氧化物和还原剂必须混合良好并保持速度均匀,由此就要求对各种负荷条件下的速度和氨分布的变化情况进行分析。计算变负荷条件下流畅的数值能够促进烟道和导流叶片布置的优化,从而使得设定的目标能够在任何工作状况下都得以实现。

SCR脱硝装置一般都置于集中供热锅炉之后。集中供热锅炉烟气的温度很高,受SCR装置反应器自身特点的影响,脱硝过程对于速度、烟气中的氮氧化物和还原剂的混合、温度以及飞灰的负载分布要求都十分苛刻。因此,必须对SCR装置进行设计优化。在继承SCR反应器及连接烟道设计及工程调试经验的基础上,结合现场测试结果,进行验证、修改,以建立科学合理的SCR装置设计的理论和方法。笔者经过总结分析认为主要内容包括:一是运用有限体积法计算数值模拟SCR反应器及连接烟道,从而采取适当的方式改进烟道形状、布置,增设导流叶片;二是通过计算数值,获取喷氨格栅上每一位置的开孔喷出的氨的流动轨迹及迁徙规律,调整开孔的位置及大小;三是在负荷标准不同的基础上,分析不同工况下的烟气速度分布及氨扩散规律;四是分析飞灰在SCR装置中的运动规律,从理论上确定出可能发生积灰的位置,从而采取声波吹灰、振打装置和增设灰斗的工程改进措施。

4 尿素热解制氨技术及其控制策略开发

快速跟踪负荷变化的还原剂制备及控制调节技术是保证集中供热锅炉烟气脱硝得以顺利进行的重要措施。尿素热解制氨技术是其关键举措。尿素热解制氨工艺是用脱盐水将颗粒尿素溶解成质量浓度为40%~50%的尿素溶液,经溶解泵输送到储罐中,然后经循环泵、计量分配装置进入热解反应器内,与高温空气混合。尿素在高温时不稳定,易分解成NH3和HNCO。在热解反应器中,SCR反应剂的短时停留可以快速跟踪负荷的变化,系统可以快速启动和关闭。运行中整套系统均需考虑夏天防晒和冬天防冻的防护措施。

尿素热解系统的还原剂制备及控制技术的有效实施,确保了脱硝效率稳定以及氨出口逃逸率满足标准要求。在具体实施中,进出口NOX含量应根据进口O2含量,折算为O2在质量浓度为6%时的数据。比较PLC控制器尿素溶液的需求流量和实际尿素溶液的流量,所产生的误差由尿素溶液流量控制阀进行调节。通过此及时可快速跟踪锅炉的负荷变化或入口NOX浓度的变化,同时可将修正的反馈信号输入到尿素溶液流量控制系统的程序上。

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