SNCR脱硝+炉内脱硫技术原理及其存在的问题

Posted 2023-01-12 烟气

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摘要：我国大型火电厂烟气脱硫主要采用石灰石/石膏湿法脱硫工艺，该技术脱硫效率高，但系统复杂、投资较大、占地面积大、运行成本较高。新建小型燃煤锅炉的二氧化硫和氮氧化物(以NO2计)的排放均应控制在100mg/m3以内，这就要求燃煤锅炉必须肩负污染物排放控制与生态保护的环境责任，并肩负应对气候变化的历史责任，SNCR脱硝+炉内脱硫技术在此方面就发挥了重大作用。
关键词：CFB锅炉；脱硫脱硝技术原理；问题
1.工程概况
某工程建设2*150t/h机组，配套建设脱硫岛装置对2*150t/h炉后烟气进行脱硫、脱硝。锅炉型式为TG-150/9.81-14，锅炉最大连续蒸发量为150t/h，过热器出口蒸汽压力为9.81MPa，过热器出口蒸汽温度为540度。对于高硫煤，用石灰石作添加剂可实现炉内脱硫，氨水或尿素作还原剂可实现炉内脱硝，效率可达95%以上，通过控制炉膛温度和分级燃烧可以实现低NOX排放。近年来，CFB锅炉作为一种环保型锅炉在工业生产中被广泛应用。
2.循环流化床烟气脱硫技术原理
目前，烟气脱硫脱硝技术目前已经很成熟，因其系统简单，便于操作，价格低廉，应用很广泛，尤其在蒸发量小的锅炉比较占优势。烟气脱硫(FGD)是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法。
基本原理是：钙基脱硫剂是循环流化床锅炉内燃烧过程中脱硫的最为广泛应用的脱硫剂，它不仅来源广，价格低，更重要的是具有较好的低温反应活性和产物的抗高温分解性能。
钙基脱硫剂在循环流化床燃烧过程中脱硫的主要反应
(1)脱硫剂的热分解反应:CaCO3→CaO+CO2-178.4kJ/mol
(2)脱硫反应:CaO+SO2→CaSO3
(3)氧化反应:CaSO3+1/2O2→CaSO4+501.1kJ/mol
其中，(1)反应表明，石灰石等钙基脱硫剂必须热解成CaO才能有效固硫。这就是石灰石煅烧过程。石灰石煅烧温度非常重要，温度低于800℃则煅烧程度低，高于930℃则使产生的CaO晶格发生变化，尤其是孔隙变小或烧结堵塞，使CaO反应表面积变小因而降低反应活性。一般在850～910℃之间为最佳煅烧温度。(2)、(3)反应式，是CaO的固硫反应和氧化反应，产生亚硫酸钙和较稳定的硫酸钙。

从反应(1)和(3)就可以看出，脱硫反应中脱硫剂热解为吸热反应，固硫反应为放热反应，分析炉内喷钙脱硫影响锅炉热效率的因素主要有：a、喷射的钙基吸收剂量过剩，导致吸收剂热解吸热，消耗炉内热量；b、吸收剂的输送介质为冷空气，相当于增加锅炉漏风、排烟热损失有所增加。但是经过大量的实验研究，后面一种影响对于锅炉热效率的变化甚微，因此影响锅炉热效率的最大因素就是脱硫剂的利用率即钙利用率。当钙利用率为35.6%时，脱硫放热、吸热平衡，对锅炉热效率不产生影响，若大于35.6%则对锅炉热效率产生正效应，反之产生负效应。
炉内石灰石脱硫系统，要求石灰石纯度>90%，石灰石粒度0～1mm，水分含量<0.5%。国外大量CFB锅炉的脱硫运行结果显示，CFB锅炉采用炉内脱硫技术，SO2排放完全可以满足排放标准，CFB锅炉炉内脱硫效率由脱硫剂特性及粒度、床层温度、钙硫比等因素决定。炉内脱硫可以体现CFB锅炉洁净燃烧的技术优势，完全能够实现高效、低污染的清洁燃烧，不仅可以减少电厂占地面积，降低同城投资、厂用电耗和运行成本，同时避免了二次污染。占地面积为湿法工艺的30%～40%，系统布置灵活，适合现有机组的改造和场地紧缺机组的新建；工程投资运行费用和脱硫成本相当于湿法工艺的50%～70%；能源消耗如电耗、水耗等，仅为湿法工艺的30%～50%。循环灰及吸收剂中的氢氧化钙颗粒迅速与烟气中的SO2等酸性物质混合反应，生成CaSO4、CaSO3、以及CaCI2等干态物质，并随烟气进入布袋除尘器。
3.循环流化床SNCR烟气脱硝原理下面以尿素脱硝做一举例：
首先将尿素在溶解罐中注水溶解，配置成35～40%左右浓度的尿素溶液，因尿素溶解为吸热反应，溶解过程中需要进行加热。将溶解好的尿素溶液通过加注泵输送入储罐内以供后续SNCR脱硝使用。
在进行SNCR脱硝时，尿素溶液输送泵将30～40%左右的溶液从储罐中抽出，在静态混合器中和工艺水混合稀释成10%左右的溶液，输送到炉前SNCR喷枪处。尿素溶液通过喷枪雾化后，以雾状喷入烟气系统内，与烟气中的氮氧化物发生化学反应，生成氮气，去除氮氧化物，从而达到脱硝目的。
此外，在既定氨氮比的条件下，以尿素作为反应剂，当温度区间为850～950℃时，脱硝效率最佳。

4.SNCR脱硝+炉内脱硫技术存在的问题
①向炉膛输送石灰石粉无法保证均匀、连续，石灰石粒度、湿度等特性极易随环境因素变化；
②石灰石粉较细且极易吸潮，导致料仓容易结块堵塞，造成下料不畅；
③给料机易磨损；
④对锅炉参数稳定性要求太高；
⑤脱硫副产品(CaSO4)的回收利用。
5.结语
循环流化床烟气脱硫脱硫技术反应剂直接与烟气进行接触，提高了脱硫脱硝效率，与其他脱硫技术相比在诸多方面具有很大的优越性。就目前的技术水平而言，传统的脱硫工艺在设备投资、运行等方面还有存在一些问题，采用炉内脱硫和SNCR脱硝联合深度烟气净化技术，在技术上可行合理，经济上具有明显优势，政策方面完全符合国家产业政策要求。
参考文献
[1]李树林.循环流化床锅炉深度脱硫技术经济性研究[D].上海:上海交通大学,2012
[2]窦伟.影响循环流化床锅炉炉内脱硫效率的因素及控制[J].科技创新与应用,2013(25)