火電廠煙氣脫硫脫硝一體化工藝設(shè)計與研究

1引言

我國自然資源分布的基本特點是富煤、貧油、少氣,決定了煤炭在我國一次能源中的重要地位短期內(nèi)不會改變.根據(jù)《中國能源發(fā)展報告》提供的數(shù)據(jù),2012年我國煤炭產(chǎn)量36.6億噸,其中50%以上用于燃煤鍋爐直接燃燒.預(yù)計到2020年我國發(fā)電用煤需求將可能上升到煤炭總產(chǎn)量的80%,每年將消耗約19.6~25.87億噸原煤.SO2、NOx作為主要的大氣污染物,是導(dǎo)致酸雨破壞環(huán)境的主要因素,近年來燃煤電廠用于治理排放煙氣中SO2、NOx的建設(shè)和運行費用不斷增加,因此研究開發(fā)能、低價格的煙氣聯(lián)合脫硫脫硝一體化吸收工藝,有著重要的社會效益及經(jīng)濟效益.

2 聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

2.1 碳質(zhì)材料吸附法

裝有活性炭的吸附塔吸附煙氣中的SO2,并催化氧化為吸附態(tài)硫酸后,與吸附塔中活性炭一同送入分離塔進行分離;然后煙氣進入二級再生塔中,在活性炭的催化作用下NOx被還原成N2和水;在分離塔中吸附了硫酸的活性炭在350℃高溫下熱解再生,并釋放出高濃度SO2.的活性炭纖維脫硫脫硝技術(shù)將活性炭制成直徑20微米左右的纖維狀,極大地增大了吸附面積,提高了吸附和催化能力,脫硫脫硝率可達90%左右[1].

圖1 活性炭吸附法工藝流程圖

2.2 CuO吸收還原法

CuO吸收還原法通常使用負載型的CuO當作吸收劑,普遍使用的是CuO/AL2O3.此法的脫硫脫硝原理是:往煙氣中注入一定量的NH3,將混合在一起的煙氣通過裝有CuO/AL2O3吸收劑的塔層時,CuO和SO2在氧化性環(huán)境下反應(yīng)生成CuSO4,不過CuSO4和CuO對NH3進行還原NOx有著*的催化性.吸收飽和后的吸附劑被送往再生塔再生,將再生的SO2進行回收[2].其吸收還原工藝流程如圖2所示.

圖2 CuO吸附法工藝流程圖

3 同時脫硫脫硝技術(shù)

3.1 NOXSO工藝

NOxSO為一種干式、可再生脫除系統(tǒng),能脫除掉高硫煤煙氣中的SO2與NOx.此工藝能被用于75MW及以上的電站及工業(yè)鍋爐高硫煤煙氣的脫硫脫硝.此工藝再生生成符合商業(yè)等級的單質(zhì)硫,是一種附加值很高產(chǎn)品.對期望提高SO2與NOx脫除率的電廠及灰渣整體利用的電廠,該工藝有*的競爭力[3].

圖3 工藝流程圖

3.2電子束法

電子束法[4]即是一種將物理和化學(xué)理論綜合在一起的脫硫脫硝技術(shù).借助高能電子束輻照煙氣,使其產(chǎn)生多種活性基團以氧化煙氣中的SO2與NOx,得到與,再注入煙氣中的NH3反應(yīng)得到與.該煙氣脫硫脫硝工藝流程如圖4所示.

圖4 電子束法脫硫脫硝工藝流程圖

3.3 脈沖電暈等離子體法

脈沖電暈等離子體法可于單一的過程內(nèi)同時脫除與;高能電子由電暈放電自身形成,不需要使用昂貴的電子槍,也無需輻射屏蔽,只用對當前的靜電除塵器進行稍微改變就能夠做到,且可將脫硫脫硝和飛灰收集功能集于一身.其設(shè)備簡單、操作簡單易懂,成本相比電子束照射法低得多.對煙氣進行脫硫脫硝一次性治理所消耗的能量比現(xiàn)有脫除任何一種氣體所要消耗的能量都要小得多,而且終產(chǎn)品可以作肥料,沒有二次污染.在窄脈沖反應(yīng)時間中,電子得到了加速,不過對不產(chǎn)生自由基的慣性大的離子無加速,所以,此方法在節(jié)能方面有著極大的發(fā)展前景,其對電站鍋爐的安全運行不造成影響.所以,其發(fā)展成為當前上脫硫脫硝工藝研究的熱點[5].其工藝流程如圖5 所示:

圖5 脈沖電暈等離子體法脫硫脫硝工藝流程圖

4 煙氣脫硫脫硝一體化實例應(yīng)用

本案例是根據(jù)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫脫硝工藝試驗,使變成極易為堿液所吸附的.因為珠海發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)在脫硝進行前己經(jīng)完成,只用增加脫硝裝置就行.而且脫硫脫硝一體化的重點在于的氧化,所以為實現(xiàn)脫硫脫硝一體化技術(shù),深入研究分析氧化劑的試驗功效并確定初步工藝參數(shù),為以后工業(yè)試驗及示范工程提供理論及試驗基礎(chǔ),在珠海發(fā)電廠脫硫裝置同時進行了脫硝測量[6].

4.1氧化劑的配制

氧化劑配制:在氧化劑配制槽中,注入適量水及濃度在50%的氧化劑,其主要成分是,攪拌均勻后配制濃度分別是39.5%、30%的氧化劑[7].

4.2 測量儀器

煙氣分析儀:英國KANE公司生產(chǎn)的KANE940,性能是對、、的濃度以及煙氣溫度,環(huán)境溫度,煙道壓力等分析.煙氣連續(xù)分析儀:德國MRU公司生產(chǎn)的MGA-5,功能是連續(xù)測量:、、、、溫度、壓力等;并配備數(shù)據(jù)采集處理軟件MRU Online View,自定義采集時間間隔.

4.3 試驗裝置以及流程

測量是在珠海發(fā)電廠脫硫裝置上進行的.脫硝裝置安裝在脫硫系統(tǒng)前部的煙道中,將煙氣注入到脫硫塔之前進行脫硝試驗.試驗過程和部分現(xiàn)場試驗裝置如下圖所示[8]:

圖5 脫硫同時脫硝測量示意圖

試驗中,煙氣由珠海發(fā)電廠總煙道設(shè)置的旁路煙道引出,由擋板門4控制煙氣流量.氧化劑從氧化劑泵注入管道,由閥門1和流量計一起控制氧化劑總流量,之后將氧化劑分成兩個支路從噴嘴逆流注入到煙道和煙氣中進行混合.在2、3處由各自的閥門開關(guān)控制前后兩支路,其中2處為前閥門,控制前支路;3處為后閥門,控制后支路,前后支路都安裝有兩個噴嘴.煙氣在6處同氧化劑發(fā)生反應(yīng)后,經(jīng)由圖中5、7煙氣測點煙氣分析儀連續(xù)記錄試驗前、后不同時間煙氣中、、等濃度變化,分析確定佳試驗參數(shù).之后將煙氣引入脫硫系統(tǒng)[9].

4.4 測量結(jié)果分析

在珠海發(fā)電廠脫硫同時脫硝測量中[10]:

(1)氧化度同氧化劑注入煙道的方式有關(guān).逆流是宜的氧化劑注入方式,所以,工業(yè)試驗中脫硝劑宜采用逆流注入方式.

(2)試驗加入氧化劑后,氧化劑脫硝效果效果,可在工作應(yīng)用中深入分析研究;50%氧化劑試驗中,氧化度高可達60%左右.

(3)試驗中,首先,濃度為50%的氧化劑氧化度高;其次,整體上濃度在39.5%的氧化劑氧化度高于30%濃度氧化劑的氧化度.有條件情況下,以后的具體應(yīng)用中應(yīng)宜選用濃度為50%的氧化劑.但出于經(jīng)濟性和試驗效果的考慮,工業(yè)應(yīng)用中普遍選用濃度為35%的氧化劑.

5 結(jié)論

燃煤電廠脫硫脫硝技術(shù)為一項涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的綜合性技術(shù),為了減少燃煤排放煙氣中與對大氣的污染.其一,改進燃燒技術(shù)抑制其生成;其二,應(yīng)加強對排煙中與的煙氣脫除工藝設(shè)計.當前,煙氣脫硫脫硝技術(shù)是降低煙氣中的與為有效的方法,尤其是電子束法、脈沖等離子體法等應(yīng)用更是大大地促進了煙氣脫除工藝的發(fā)展.雖然相應(yīng)方法有著很多優(yōu)點,但還不完善,均還處在推廣階段.所以,研究開發(fā)能、低價格的煙氣聯(lián)合脫硫脫硝一體化吸收/催化劑,研發(fā)新的脫硫脫銷裝置及脫硫脫銷工藝是科研人員工作的方向.