火電廠鍋爐高效超低NOx排放控制技術(shù)研究

楊帆

(陜西彬長新民塬發(fā)電有限公司,陜西西安 710018)

火電廠鍋爐高效超低NOx排放控制技術(shù)研究

楊帆

(陜西彬長新民塬發(fā)電有限公司,陜西西安 710018)

氮的氧化物對人體具有很大的傷害作用,火電廠是NOx排放的主要場所,國家對火電廠的NOx排放明確提出了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),以控制其對NOx的排放量。本文對火電廠的超低NOx燃燒技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)分類,然后對其應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了分析,同時(shí)結(jié)合了國外NOx排放控制技術(shù)的最新研究成果,提出了火電廠鍋爐高效超低NOx排放控制技術(shù)的相關(guān)方法,以期對我國火電廠的NOx排放降低提供有效的參考資料。

火電廠 高效超低NOx排放 控制技術(shù) 研究

氮的氧化物是大氣污染物之一，嚴(yán)重影響人體健康，給人們的生活帶來了嚴(yán)重的危害。它不僅會直接對人體的健康構(gòu)成危害，而且在空氣中或陽光下還會發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)的物理和化學(xué)作用，產(chǎn)生一系列變化造成環(huán)境的惡化。比如，它的產(chǎn)物之一NO2結(jié)合空氣中的水滴，在最終形成雨水的時(shí)候隨雨水降落，形成酸雨，使土壤酸化而不能種植植物，落到人體上還會使人體產(chǎn)生一些病變，危害極大。而目前我國的大多火電廠都是以燃煤為主，排放了大量的NOx氣體，給環(huán)境帶來了巨大的危機(jī)。對NOx排放的有效控制是火電廠工作正常運(yùn)行的首要問題。

1 火電廠鍋爐高效超低NOx排放的控制技術(shù)

長期以來，我國的能源結(jié)構(gòu)始終以煤為主，78%左右的電力裝機(jī)是以煤為燃料的火電機(jī)組，發(fā)電量的84%來自煤電，這一結(jié)構(gòu)給環(huán)境保護(hù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。 根據(jù)中國環(huán)境規(guī)劃研究院的研究，我國的環(huán)境容量氮氧化物為1200噸。而從2009年的排放數(shù)據(jù)來看，僅電力行業(yè)就已經(jīng)排放了近1400噸氮氧化物，排放量早已超過國家環(huán)境容量上限。 以燃煤為主要動力的火電廠對超低NOx排放技術(shù)的應(yīng)用已十分廣泛，對任何一個單一的低氮燃燒技術(shù)的最高脫氮率都不低。為了更多地降低NOx的排放，相關(guān)研究人員已研究出一些技術(shù)，但是這些技術(shù)降低NOx排放沒有產(chǎn)生疊加的效果，而且采用組合低NOx燃燒的技術(shù)往往會伴隨有CO排放的濃度和飛灰含碳大幅度增加的現(xiàn)象?，F(xiàn)階段，火電廠鍋爐NOx排放控制技術(shù)在技術(shù)集成上已經(jīng)得到了較大的發(fā)展。結(jié)合國際上最新的低氮燃燒技術(shù)，本文提出了控制火電廠鍋爐對NOx排放的超低排放技術(shù)，就是雙分級再還原技術(shù)。這種技術(shù)綜合利用了空氣分級、燃料分級和煙氣凈化等方法，可以有效使多種超低NOx技術(shù)達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果，已有相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明這種技術(shù)的脫硝率可以達(dá)到很高。

1.1 以煤粉為再燃燒料的雙分級再還原低NOx燃燒技術(shù)

這種技術(shù)以煤粉為再燃燒的主要燃料，同時(shí)結(jié)合了傳統(tǒng)的再燃技術(shù)與爐膛整體空氣分級以及選擇非催化還原技術(shù)，在實(shí)際的應(yīng)用中，將氨水或者尿素等還原劑噴進(jìn)再燃區(qū)，從而可以大幅度地降低NOx的排放量，同時(shí)還可以有效控制飛灰粉塵等問題。另外，在再燃的過程中，在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的條件下所生成的CO在很大程度上擴(kuò)大了脫硝的范圍，因此氨水后者尿素的噴入位置不會對脫硝率產(chǎn)生很大的影響。應(yīng)用該技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)在于，它的在燃料比約為10%，相比于富燃料燃燒，其比率明顯較低，而且其中存在的相關(guān)問題也會得到一定程度的解決。另外，如果將無機(jī)鹽催化劑同時(shí)噴入再燃區(qū)，就會具有更高的脫硝率。近來有學(xué)者研究指出，同時(shí)將尿素和乙酸鈣溶液共同噴入再燃區(qū)，具有同時(shí)降低NOx和SOx的作用。對于燃燒貧煤或者無煙煤的鍋爐，通常會采用中間倉儲式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，由于三次風(fēng)噴口的少量細(xì)粉具有一定的還原作用，因此，這時(shí)這些細(xì)粉可以將NOx部分還原。鍋爐在運(yùn)行時(shí)，可以利用部分停運(yùn)燃燒器噴嘴，同時(shí)也可以使煤粉通過在燃燒從而降低NOx的排放。

1.2 以燃?xì)鉃樵谌紵系碾p分級再還原低NOx燃燒技術(shù)

這種方法以燃?xì)庾鳛樵谌紵?，主要有兩種技術(shù)方法：其一就是選擇性非催化劑和燃?xì)庖黄饑娙?；其二是燃?xì)怙L(fēng)將氨水或者尿素一起送入爐膛。這種燃燒技術(shù)對NOx排放的降低原理與以煤粉為燃燒料的方法相同，在將燃?xì)饧尤氲臅r(shí)候，采用的是在燃?xì)庑魇剿腿耄@樣可以有效控制飛灰可燃物問題，同時(shí)使脫硝率達(dá)到百分之九十以上。

1.3 以生物質(zhì)為在燃燒料的雙分級在還原低NOx燃燒技術(shù)

有關(guān)實(shí)驗(yàn)證明：木材的燃燒效果和煤粉及燃?xì)獾男Ч笾孪嗤Ｈ绻媚静淖鳛樵偃既剂?，就可以有效?shí)現(xiàn)對NOx的排放的自然控制，因?yàn)槟静谋旧聿缓瑥母瓷舷薔Ox排放的問題；同時(shí)可以有效降低SOX的排放，同樣的原因，是由于木材不含硫；此外，由于木材生物質(zhì)是一種可再生能源，如果用生物質(zhì)燃料代替化石燃料，就會大大降低CO2的排放，減少了溫室效應(yīng)的影響。另外，這項(xiàng)技術(shù)的脫硝率也同樣很高，可達(dá)到百分之九十左右。

2 火電廠鍋爐降低NOx排放的相關(guān)系統(tǒng)改造的注意事項(xiàng)

(1)低氮燃燒器的改造需要遵循一定的原則，即安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保，保持或改善鍋爐已有的應(yīng)用性能是需要關(guān)注的首要問題。采用低氮的燃燒技術(shù)，不能以降低鍋爐的效率為代價(jià)；不能忽視空氣過度分級帶來的經(jīng)濟(jì)損失問題以及設(shè)備的安全問題。

(2)在應(yīng)用低氮燃燒方法引起的飛灰含碳量升高問題是較為常見的，同時(shí)也是低NOx控制技術(shù)能否獲得成功的重要因素，將低氮燃燒和高鍋爐效率之間的矛盾進(jìn)行合理的解決，以及對煤粉粒徑的合理選取和先進(jìn)的爐內(nèi)燃燒組織技術(shù)都是相當(dāng)重要的。

(3)對鍋爐的原有性能、原有煤種、現(xiàn)場改造條件需要進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析和評估，從而確定最經(jīng)濟(jì)和合理的NOx排放控制標(biāo)準(zhǔn)和燃燒器的改造原則。

(4)深入了解應(yīng)用比較廣泛的鍋爐燃燒器，并吸取經(jīng)驗(yàn)；對使用壽命比較低的低氮燃燒器要有明確的技術(shù)要求；對燃燒器改造后的氣溫、壁溫和減溫水等的變化情況進(jìn)行有效的評估；對鍋爐的結(jié)渣性和煤種的適應(yīng)性要進(jìn)行評估；清楚了解性能保證值和實(shí)際運(yùn)行值之間的差距并界定好對目標(biāo)值的界定條件；精確控制燃燒器的風(fēng)量和粉量，同時(shí)維持各角的燃燒均衡；合理確定鍋爐各負(fù)荷段的NOx排放濃度；對技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行充分的比較；配備智能化的優(yōu)化控制軟件。

3 火電廠鍋爐超低NOx排放控制技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析和前景展望

任何一種技術(shù)都需要考慮相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)問題，這是保證技術(shù)水平的同時(shí)必須嚴(yán)格考慮的問題。通常情況下，總費(fèi)用中包括投資費(fèi)用和年度運(yùn)行費(fèi)用，投資費(fèi)用中又包括反應(yīng)設(shè)備與試劑等相關(guān)費(fèi)用。

一般，三大系統(tǒng)主要包括煤粉燃燒系統(tǒng)、循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)以及水煤漿燃燒系統(tǒng)，在常規(guī)的煤粉燃燒系統(tǒng)中，按照NOx燃燒生成的三個階段所分別運(yùn)用的控制技術(shù)，相比于其他兩種控制技術(shù)來說，NOx的減排量比較少，盡管如此，其相應(yīng)的改造投資的資金量和工程量也是最低的。然而爐內(nèi)還原NOx技術(shù)和尾部煙氣控制處理技術(shù)的減排量雖然比較高，而且環(huán)保效果也相對較好，但是設(shè)備的改造和所需的資金投入問題和前者相比較，還是處于下風(fēng)，特別是第三種控制技術(shù)，其投資和運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)高。因此，通常情況下，大多數(shù)的電廠都是采用第一種或第二種方法相結(jié)合的方法來綜合實(shí)現(xiàn)兩種控制技術(shù)的減排效果和資金投入，如果這樣進(jìn)行改造時(shí)仍然不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，那么就需要考慮使用尾部煙氣控制的處理辦法。

雖然各種降低NOx排放的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，而且也有效果明顯的方法，但是考慮到技術(shù)設(shè)備、試劑以及施工的成本運(yùn)行方面，就很難達(dá)到火電廠的綜合預(yù)期目標(biāo)。而且面對環(huán)保方面的嚴(yán)格要求，電廠在選擇同時(shí)兼顧生產(chǎn)與環(huán)保共同的問題時(shí)，資金就成為制約其發(fā)展的重要限制因素。因此，降低NOx排放的技術(shù)會向兩個方向發(fā)展：首先，需要對原有的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，例如由于現(xiàn)用的催化劑價(jià)格昂貴，要降低生產(chǎn)成本，需要研究出價(jià)格更低的催化劑，代替現(xiàn)有的催化劑，或者是超低NOx燃燒器聯(lián)合SNCR使用進(jìn)行聯(lián)合脫硝，同時(shí)結(jié)合低NOx燃燒器的運(yùn)行成本和建設(shè)成本的優(yōu)勢以及兩者的低氮排放，從而達(dá)到NOx排放控制的高效和低投入的效果。其次，企業(yè)需要繼續(xù)加大對新的低NOx控制技術(shù)的研究力度，從而實(shí)現(xiàn)火電廠鍋爐的低NOx排放的高目標(biāo)的突破。

4 結(jié)語

火電廠的NOx排放對環(huán)境的危害不僅會對人體產(chǎn)生直接的負(fù)面作用，而且還會對人類的生存環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅，對于控制NOx排放的相關(guān)技術(shù)的研究尤為重要。其中，主要應(yīng)用的有以煤粉、燃?xì)夂湍静纳镔|(zhì)為燃燒料的雙分級再還原低NOx控制技術(shù)，將對控制火電廠鍋爐NOx的排放產(chǎn)生良好的效果。

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