基于多工艺联合的燃煤锅炉污染排放控制.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.1(下)-120-生 态 与 环 境 工 程我国是煤炭资源大国,煤多油少的能源结构决定了煤炭是火力发电的主要能量来源,每年燃烧几十亿 t 的煤炭会产生大量的有害物质,必须有效控制污染物的排放量。煤炭中有氮、硫等物质,因此燃煤锅炉产生的主要有害物质为氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳和粉尘1,它们是主要的大气污染源,大量排放将危及人类的生活环境。为降低污染物的排放量,须根据污染物的物理或者化学性质,针对性地处理燃煤锅炉的烟气。通常根据物理除尘原理来降低粉尘的排放量,利用化学反应的脱硝脱硫方法消除氮氧化物和硫氧化物2。对燃煤锅炉的污染物来说,粉尘的消除难度和成本较低,可以
2、利用改进燃烧方式的方法来消除一氧化碳,而氮氧化物、硫氧化物的消除难度较高,须采用多工艺联合技术进行脱硫脱硝。1 燃煤锅炉的主要污染物及形成机理1.1 氮氧化物及其形成机理煤燃烧主要产生 NO、NO2,少量的 N2O3、N2O4和 N2O5,这几种氮氧化物统称为 NOx。通常,在煤燃烧产生的 NOx中,NO 的含量最高,占 90以上,NO2占 5 10,其形成方式主要有燃料型、热力型和快速型 3 种:1)燃料型成因。在高温下,燃料中的含氮有机化合物快速分解形成 NHi 和 HCN等中间物质,中间物质发生氧化反应最终形成 NOx,该成因占总量的 75 90。2)热力型成因。在燃煤锅炉的高温条件下,
3、氧(O2)和氮(N2)进行如下化学反应:N2+O2 2NO以及 2NO+O2 2NO2。在形成 NOx的过程中,温度起决定性作用,锅炉的温度越高,形成速率越快。3)快速型成因。这种成因的 NOx占比较少,在燃料浓度较高的区域中,有机物与 N2 发生反应形成 CN、HCN 和 CH2等中间产物,其反应式为 CH+N2 HCN+N 以及 CH2+N2 HCN+NH,这些中间产物继续氧化形成 NOx。1.2 硫氧化物及其形成机理在煤炭中通常存在有机硫和无机硫 2 种形式3,有机硫先形成 H2S,然后通过氧化作用形成 SO2。无机硫通常以 FeS2为主,在 400以上会进行热分解产生 S,然后与氧气发
4、生反应产生 SO2,在富氧条件下也可以直接形成 SO2,硫氧化物以SO2为主,也有少量的 SO3。1.3 一氧化碳及其形成机理一氧化碳是含碳燃料在锅炉中形成的一种中间产物,是在氧气含量不足的情况下发生不完全燃烧形成的,其反应式为 2C+O2 2CO。它也可以和 NO 发生反应,反应式为2CO+2NO 2CO2+N2。因此,一氧化碳和锅炉烟气中的氮氧化物具有一定的关联性。1.4 粉尘及其形成机理粉尘主要分为气相析出型和剩余型,气相析出型是碳氢化合物在燃烧过程中进行脱氢反应,不断生成聚合性物质并持续增加,随着聚合性物质中的碳不断增加,逐渐形成了炭黑等高分子物质。剩余型粉尘是高分子物质在锅炉内的高温
5、环境下,进行热分解形成固态的粉尘。2 控制污染排放的多工艺联合技术针对燃煤锅炉主要污染物形成的机理,依次采用燃烧控制工艺、选择性非催化还原法(SNCR)与选择性催化还原(SCR)联合脱硝工艺、电袋复合除尘工艺、除尘工艺和有机催化技术(OCT)脱硫工艺等技术,要从源头控制污染物生成,逐级对已经产生的污染物进行消除。2.1 锅炉燃烧控制工艺氮氧化物的产生与燃烧温度具有一定的关联性,通过优化燃烧工艺也可以有效控制一氧化碳的排放量4。锅炉燃烧控制工艺如下:1)采用空气分级燃烧。2)提高下层煤粉的浓度,形成局部低氧燃烧。3)控制锅炉的升温速度,避免快速升温。4)在控制锅炉飞灰和含氧量不增加的情况下,减少
6、送风量。5)控制气温并降低焰中心。6)采用倒梯形二次配风,将上部辅助风门开大,通过增加二次风量的方式燃烧一氧化碳。当锅炉燃烧时采用低过量空气燃烧的方式有效降低 NOx的生成量,通过加大上部辅助风门,能减少一氧化碳等含量,上述燃烧控制工艺兼顾了降低燃煤锅炉的污染物生成量和提高经济性。2.2 SNCR+SCR 联合脱硝工艺2.2.1 SNCR 脱硝工艺该工艺最早来源于日本,在煤炉、水泥和固体废物燃烧等情形中得到广泛应用。SNCR 工艺的基本原理是配置合适浓度的能将尿素、氨水等还原性液体物质,并将其喷到锅炉的炉膛内,还原性溶液迅速分解,释放氨气或者 NH2并与锅炉内产生的 NOx 发生化学反应生产水
7、和氮气。将氨气作为还原物基于多工艺联合的燃煤锅炉污染排放控制赵荣嘉(山东来孚环保科技有限公司,山东 济南 250000)摘 要:煤炭通过燃烧的方式释放大量的热能,为重工业提供充足的能源,但会产生较多污染物质,危害人类的健康和环境。针对该问题,本文首先分析了燃煤锅炉的主要污染物为氮氧化物、硫氧化物、粉尘和一氧化碳,并研究了它们的形成机理,其次,详细介绍了降低污染物浓度的工艺和原理。采用 SNCR+SCR 联合脱硝工艺和 OCT 脱硫工艺,对较难除去的氮氧化物和硫氧化物的排放浓度进行控制。最后,利用本文的多工艺联合技术,使燃煤锅炉污染物的排放远低于国家规定的排放浓度标准,进而保护人们的健康和赖以生
8、存的环境。关键词:燃煤锅炉;SNCR+SCR 联合脱硝;脱硫;除尘中图分类号:X51文献标志码:A中国新技术新产品2024 NO.1(下)-121-生 态 与 环 境 工 程质的化学反应,如公式(1)公式(3)所示。4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O (1)4NH3+2NO+2O2 3N2+6H2O (2)8NH3+6NO2 7N2+12H2O (3)将尿素作为还原物质的化学反应,如公式(4)公式(6)所示。(NH2)2CO 2NH2+CO (4)NH2+NO N2+H2O (5)2CO+2NO N2+2CO2 (6)尿素还原剂SNCR脱硝工艺流程如图1所示。还原剂在锅炉内的停留时间、与
9、烟气的混合程度以及锅炉温度均能影响氮氧化物的还原效果,因此需要着重考虑喷枪的位置、雾化效果和还原剂的浓度等因素。工艺的主要特点如下:1)工艺系统简单,运行时故障率较低,具有占地面积较小、成本低等优点。2)在脱硝的过程中无须使用催化剂,不产生硫酸氢铵等容易堵塞锅炉尾部的物质。3)须注意炉型和调控操作条件,脱硝率通常在 25 40。2.2.2 SCR 脱硝工艺选择性催化还原(SCR)脱硝工艺是在金属催化剂和特定的温度范围内,“选择性”地让氮氧化物与还原剂发生化学反应,达到消除氮氧化物的目的。SCR 工艺的催化剂通常包括沸石分子筛、贵金属和金属氧化物,最常见的是以二氧化钛为催化剂,其中的 V2O5、
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