在国家政策对发电企业环保治理的要求越来越严格, 以及发电企业要为社会的环境保护不断做出新贡献的理念之下, 广州瑞明电力股份有限公司在投入2台420t/h锅炉的烟气脱硫系统以后, 又着手在烟气脱硝、降低NOx排放方面进行技术改造。一方面采用低NOx燃烧技术, 另一方面应用选择性非催化还原(select ive non2cat alyt ic reduct ion, SNCR)脱硝技术对2台420t/h锅炉进行炉内脱硝的技术改造。此工程于 2005年11月立项, 由广州宇阳电力科技有限公司组织, 参加者有广州瑞明电力股份有限公司、黄埔发电厂、浙江大学热能工程研究所、浙江省天正设计有限公司、杭州家和智能控制有限公司等单位。针对SNCR技术开发的关键问题, 结合瑞明电厂锅炉的实际情况, 进行了认真的研究, 为获得SNCR系统的设计依据, 对锅炉的炉膛温度场、炉膛气氛场和烟气排放特性进行了测试, 整个工程经历了可行性研究、初步设计和施工设计的审查, 最后于2007年7月2号在锅炉的大修期间完成了SNCR脱硝系统的安装和系统的冷热态调试, 使系统能正常投入运行。2号锅炉的SNCR 脱硝系统于2007年12月经历了168h试运行, 在2008年1月下旬由广东省电力节能检测中心进行了性能验收试验, 并且于3月份由广州市环保监测站进行了测试验收。试验结果表明, 广州瑞明电力股份有限公司把SNCR 脱硝技术用于锅炉炉内脱硝取得了预期的效果, 脱硝率大于30% , 可达到 50% , 氨逃逸量不超过3×10-6(在脱硝率为30%时)。目前广州瑞明电力股份有限公司又开始了1号锅炉的SNCR脱硝工程。
1. SNCR脱硝系统的机理和组成
1.1 SNCR脱硝系统的脱硝机理
SNCR脱硝技术是一种成熟的NOx控制处理技术。具体方法是当烟气温度在870～1200 ℃时, 将氮还原剂(一般是氨或尿素) 喷入烟气中, 把 NOx还原, 生成氮气和水。它与选择性催化还原(select ive cat alyt ic reduct ion, SCR) 技术不同, SCR由于使用了催化剂, 因此可以在很低的温度下脱除NOx。两种方法都是利用氮还原剂对NOx还原的选择性, 有效地避免了SNCR还原剂与富氧烟气中过量的氧气反应, 因此称之为选择性还原方法。这两种方法的化学反应原理相同, 其差异在于氮还原剂喷入的场合: SNCR是在高温的炉膛上部区域或对流烟道喷入; SCR则将氮还原剂喷入布置在低温的催化反应塔内。
在可供选择的还原剂中, 尿素具有运输存储简单安全、货源易得等优点。因此, 选择尿素作为NOx的还原剂。
尿素(NH2)2CO喷入炉内后, 与NO的反应机理如下:
1.2 SNCR脱硝系统的组成
SNCR脱硝系统主要包括尿素存储系统、尿素溶液配制系统、尿素溶液储存系统、溶液喷射系统和自动控制系统。SNCR脱硝系统的组成如图 1 所示。
1.2.1 尿素供应站
尿素存储系统、尿素溶液配制系统和尿素溶液储存系统集中布置, 共同组成尿素供应站(以下简称“尿素站”)。尿素站占地面积约235m2, 高约15m。它的主要设备包括: 1个干尿素储仓, 1个计量仓, 1台螺旋输送机, 1个配液池, 2个尿素溶液储罐, 2个尿素溶液输送泵和2个水加压泵。在尿素站内, 完成尿素储存、尿素溶液配制的任务, 泵送到炉前喷射系统。
1.2.2 炉前喷射系统
炉前喷射系统由三层喷射层组成, 每层由14个喷射器组成。三层喷射层布置在炉膛燃烧区域上部和炉膛出口处, 以适应锅炉负荷变化引起的炉膛烟气温度变化, 使尿素溶液在最佳反应温度窗口喷入炉膛。每层喷射层都设有总阀门控制本喷射层是否投运, 不投运的喷射枪则由气动推进器带动退出炉膛避免高温受热。各喷射层的尿素管道和雾化蒸汽管道上均设有调节阀门, 控制喷射层的流量。
1.2.3 自动控制系统
自动控制系统采用独立的可编程序逻辑控制器(PLC), 系统单独设置 1台工程师站 (兼操作员站), 预留OPC 通信接口与电厂分散控制系统 (DCS)通信; 系统设有必要的报表、查询和报警等功能。控制系统根据采集的相关信号, 控制、调节主要设备运行情况和喷枪运行情况, 实现高效脱硝。
2. SNCR脱硝系统的168h试运行
2007年12月完成了SNCR脱硝系统的168h试运行, 针对锅炉的实时运行情况, 通过增减尿素溶液投入量和切换喷射层的方式, 不断摸索今后的最佳运行方式和运行参数, 以满足经济性和系统安全性要求。在SNCR 脱硝系统投运前, NOx排放的质量浓度多在400mg/m3左右, SNCR脱硝系统投运后, 将 NOx排放的质量浓度控制在270mg/m3左右。
在SNCR脱硝系统投运期间, 除个别时刻的汽温在525 ℃左右, 主蒸汽温度和再热蒸汽温度多在(534±3) ℃。主蒸汽温度平均值为530 ℃, 再热蒸汽温度平均值为532 ℃。这一温度水平与SNCR脱硝系统停运时相差无几, 说明通过燃烧调整, 能够在SNCR脱硝系统投运的情况下保持正常汽温水平。
从理论上分析, 将2t左右的水喷入炉膛上部温度为1100 ℃的烟气中, 水分将快速蒸发, 因蒸发吸热将引起烟气温度下降约12 ℃。烟气温度下降将带来传热温差减小, 辐射传热减弱, 导致炉膛上部的屏式过热器吸热减少, 从而引起主蒸汽温度下降。
因此, 只要能够通过锅炉运行燃烧调整, 使炉膛上部屏区烟气温度上升12 ℃, 就能够消除SNCR脱硝系统投运对汽温造成的不利影响。在168h试运期间, 设备运行稳定, 脱硝效果显著, 未出现任何异常现象, 达到了项目最初设计目标。
(编辑：银红丽) |
