杨翀
北京市京能高安屯燃气热电有限责任公司 100024
摘要：余热锅炉及其烟气脱硝设备作为节能减排工作中十分关键的一项技术，在当下的大型工业窑炉和锅炉中都有着十分重要的应用。在此过程中烟气的控制工作是十分关键的，需要对于其进行烟气脱硫脱硝设备的有效应用，从而进行全方位的能源回收利用的相关工作，也就提升了工业的整体性能。
关键词：燃气发电；余热锅炉；脱硝工艺；选择；优化
1余热锅炉的工作原理
余热锅炉利用了工业生产中的废气、废料等，将其可以燃烧的物质进行回收利用的工作，将水加热到一定温度之后，保证高温烟气可以进入到炉膛中，利用余热回收装置进行有效的应用工作。
2燃机电厂锅炉脱硝技术
2.1干法烟气脱硝技术
干法烟气脱硫脱销技术需要在相对干燥的环境中完成,在当前锅炉燃烧减排中扮演者着十分重要的角色。通过成体系的技术分析,在脱硫脱硝过程中,烟气中的硫和酸通过粉末,颗粒,吸收剂等去除,干法烟气工艺处理后的烟气产物是一种干燥的粉末残留物,避免产生水蒸气和废硫等废弃物。为了防止锅炉设备被强酸腐蚀,技术处理的整个过程都需要在干燥的环境中进行。该技术应用于企业的过程中,大多数企业使用等离子体法和荷电干喷法。等离子体法是通过高能电子在烟气处理过程中有效分解硫酸铵和硝酸铵化肥达到脱硫脱硝效果,降低烟气中的容量和含量,从而避免环境污染。荷电干喷法是使用吸收剂作为介质,吸收剂迅速通过设备的充电区以缩短反应时间,从而完成烟气脱硫脱硝和除尘的处理。
2.2湿法烟气脱硝技术
湿法烟气脱硫脱硝技术是锅炉中最常用的脱硫脱硝和除尘技术,具有突出的技术优势。这项技术能够实施的关键是吸收剂的使用,该吸收剂用于在不同阶段下吸收烟道气中的SO2和SO,以完成锅炉废气的脱硫。在此过程中,碱度较高的物质是常用的吸收剂,例如废电石渣。采用类似碱性物质,碱性硫酸镁可以有效中和掉烟气中的硫含量,使SO2被去除。
一些工厂锅炉采用石灰石-石膏湿法工艺,也可以达到烟气脱硫脱酸的效果。这项技术的关键是充分利用石灰石-石膏来实现废硫和废硝的吸附。经过多年的技术创新,如今它已能够实现至少91%的脱硫率。副产物可以在脱硫后再利用是该技术的最大优势。废物利用率得到了最大限度的提高,同时也降低了烟气中脱硫脱酸浓度,避免了废物的积累和浪费,还达到了环保的要求。
2.3半干法烟气脱硫脱硝技术
半干法烟气脱硫脱硝技术较为复杂,它需要固体,液体和气体的共同作用才能利用烟气进行湿热蒸发反应,再结合袋式除尘器来提升脱硫脱销效率。锅炉主要采用两种方法,一种是投资成本低的旋转喷雾干燥法,另一种是炉内喷雾钙加湿活化法。该设备用于放置吸收剂,以达到液体雾化和烟气反应的效率,最后能达到80%以上的脱硫率。将活化反应器添置在脱硫脱硝设备中,利用喷水加湿来促进烟气和吸收剂的硫化反应,同时提高脱硫率,最大程度地节省了投资成本。
2.4湿式电除尘器
在火电厂中,生产初期的蒸汽锅炉厂除尘技术较稳定,除尘的效率和质量都较高。现在看来,未来主要的发展方向是电极高速旋转的使用以及静电除尘的后续处理。在热电厂中,快速旋转的清洁刷和旋转的阳极金属板一起在阴极反应区中形成快速旋转的正极。当灰层积聚到一定厚度时,必须将其完全清除以防止二次烟尘的产生。这种常用方法具有非常好的集尘效果。在实际进行静电除尘时,若是粉尘排放污染的基本标准很高,则需要加湿的静电除尘器。
(1)加湿式静电除尘器。各种真空设备的使用能够避免发生二次扬尘,而且除尘处理效率很高。静电除尘率一般能够达到70%左右。目前,在蒸汽锅炉的制造和生产过程中,烟气脱硫脱硝和除尘技术的应用还存在一定的局限性。我们可以将燃煤技术与各种烟气脱硝技术相结合,脱硝技术与脱硫装置等各种静电除尘技术相结合。在工作时,采用干式预旋转电极表面除尘器,再在锅炉烟气完成后,采用湿式除尘器来增加热量,以完成任务的回收和处理的控制装置,并能明显地提高一次除尘效率。
在这时,空间中的各种气体将形成H2O2,燃烧的液滴和小颗粒将粘附在人体上,然后对污染物的小颗粒进行捕获。首先,将它们放在自动集尘盘中,用来收集小的金属灰尘颗粒。干式电动旋风除尘器的工作原理是通过不同的振动和声音的方法将灰尘收集在一起。
(2)湿式电袋除尘器。湿式电袋集尘器将存在于烟雾中的有毒小颗粒收集在集尘器后表面上,以产生当前的下溢状态。通过更合理的洗涤方法,可以及时收集灰斗中的灰尘。不仅两种技术之间有不同之处,浓烟之间也存在一定差异。干燥静电旋风分离器的温度和湿度较高,室内温度也较高。湿式静电袋式除尘器的湿度非常高,并且会形成许多液滴。根据不同类型的有机过程,湿式静电旋风分离器的阴极板将执行配备水分配系统的功能,并将细小的水蒸气喷入反电极中。
在电场中,细小的白雾被雾化到电极上。电场的作用是使小的水蒸气和大的金属灰尘颗粒粘在一起,从而使小的加湿颗粒最终凝结,电场可以起到收集小金属的作用,灰尘颗粒起着驱动作用。在集尘器中,水雾会在表面层上形成高质量的水膜。水膜会将收集到的灰尘洗净到烟灰桶中,将灰尘从仪器上清除。
在某些湿式静电袋式集尘器中,没有任何设施可以喷射该系统,烟道气中多余的水是饱和且稳定的。然后,水蒸气将被收集在集尘器中,而薄雾的表面仍会在表面上形成水膜以去除灰尘。为了确保最佳的操作结果,应确定应通过叶面喷水实施精制系统。
2.5布袋除尘器
布袋除尘器是一种高效除尘装置,它使用过滤器组件(滤袋)将固体、细小液体颗粒或气体分离并捕集。
滤袋是其主要组成部分,由滤料制成袋子的形状。金属框架固定在集尘器的内部结构中,过滤材料的基础是纤维材料。对于新的袋式集尘器而言,过滤器的次要功能是长纤维层,而长纤维层的孔径实际上较大,并且集尘器的除尘效率不高。随着过滤过程时间的延长,一些较大的灰尘颗粒会被阻塞在过滤材料的体表上,从而形成一个小的颗粒层(在灰氧气流开始时),并且过滤袋表面的孔径会变小,使得它可以阻挡更多的小颗粒,提高除尘效果。
此时,主过滤器是一种灰尘喷射室,因此,多孔结构的直径增大,导致静电除尘器和一次集尘器的效率降低。因为袋式旋风除尘器具有高除尘效率的主要原因是在过滤材料的外表面上形成了一层灰尘。过滤材料仅在促进系统中形成一层灰尘颗粒并在框架中支撑大量灰尘方面起作用。
因此,即使设计合理,也可以使用灰尘层,但是对于越来越大的颗粒,具有较大滤网的滤布也可以具有更高的除尘效率。袋式过滤器还具有缺点,例如在操作过程中阻力大。灰尘和酸露点的总体温度对过滤材料的寿命有很大影响;袋子需要清洁,但是清洁必须使袋子振动。在过滤过程中,大大小小的煤尘颗粒都会严重磨损袋子,从而降低袋子的实际使用寿命。袋式除尘器的平均寿命不到2年,这限制了袋式除尘器在发电厂中的应用。另外,袋式除尘器的耐高温性和性能也受到限制。
2.6 SCR脱硝+湿法脱硫技术
选择性催化还原脱硝和湿法脱硫技术是分成脱硝和脱硫两个流程来实现的。湿法脱硫技术在较早时期就得到了广泛使用,并且在烧结机烟气脱硫中也利用了这项技术,因此选择性催化还原脱硝技术的发展和技术水平的提高也应当得到大家的重视。
选择性催化还原脱硝技术,即SCR脱硝技术,这项技术对烟气具有非常好的脱硝效果,所以也被广泛使用在火电厂里。SCR脱硝技术是将选择性催化还原技术中使用的催化剂作为技术基础,利用还原剂氨气或尿素与NOX进行选择性反应,反应将会生成N2和H2O,属于无毒无污染产物。脱硝催化剂在这项技术中占据着重要地位,催化剂的成分、使用年限和结构等都会影响烟气的脱硝效率。
不同的催化剂需要选择不同的烟气温度,因此可以以所使用的温度作为标准将催化剂进行分类,包括高温、中温和低温。针对高温选择性催化还原技术,它所使用的催化剂的最佳温度高达450摄氏度到600摄氏度,在中温选择性催化还原技术中,其催化剂温度一般在320摄氏度至450摄氏度之间,然而低温选择性催化还原技术的催化剂温度则在180摄氏度到300摄氏度范围内。目前,市场上所使用的催化剂温度一般在320摄氏度到450摄氏度范围内,也就是中温SCR催化剂。
一般情况下,烧结烟气的温度为120摄氏度到180摄氏度范围内,因此如果选择低温催化剂,那么其温度的使用范围将会比较小。如果想要将低温SCR催化剂使用于烧结烟气脱硝中,则应当提高烧结烟气的温度,使得烧结烟气温度能够符合低温催化剂的需求,针对中等型号和大型的烧结机而言,仪器的烟气处理量比较高,所以很难提高烟气的温度。此外,有研究表明SO2会影响低温SCR催化剂的活性,从而影响其脱硝效果,从经济角度来看,低温催化剂在SCR脱硝中并不具备较好的应用市场。
2.7选择性非催化还原技术(SNCR)
SNCR技术是指在无催化剂作用下，经雾化喷射系统将10%～25%的氨水或10%～40%的尿素溶液喷入炉膛出口附近800～1100℃温度范围内，将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水的技术。
SNCR脱硝系统结构简单，投资和运行成本低，尽管脱硝效率较低，但生物质锅炉NOx排放浓度若按照《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271—2014)中要求的不大于300 mg/m3控制，一般是可以满足要求的。因此，SNCR脱硝技术是生物质锅炉控制NOx排放的首选。
3.未来的发展趋势
目前,伴随着我国越来越重视烟气污染物的排放,其排放标准也愈加严格,人们也逐渐提高了对烟气污染物协同控制技术的关注度,在工程实践和理论研究上都进行了深入探讨,当前主要分为烧结烟气循环联合末端活性焦多污染物协同控制技术和烧结烟气循环联合循环流化床脱硫及臭氧预氧化脱硝协同控制技术两种技术。
第一种技术,脱硫脱硝技术可以将多种污染物同时去除,但是该技术所需的运行成本受设备的烟气量影响,烟气循环技术则可以改善这个问题。河钢集团邯郸钢铁厂360m2烧结机利用该一体化技术,通过一系列的测量和计算,这项技术可以有效降低烟气量的排放,大约可降低原来的1/4,一氧化碳和氮氧化物的减少量超过原来的1/5。此外,在设备运行过程中,粉尘、二氧化硫和氮氧化物的排放浓度都达到超低排放,设备不用进行检查和维护,目前这项技术发展较成熟。在运用这项技术之后,企业每年的排污费可降低七百六十万元,每吨固体燃料可以减少三千克损耗,企业每年可以得到1.3亿元收益。此外每年还可以得到18000吨浓硫酸,为企业赢得两千六百万元收益。同时也提高了烧结矿的产量,每年可增加两千五百万元收益。在秋冬季节不用限制产量,每年的产量可达一百四十万吨,可以得到两亿元收益,每年总收益可达四亿元。
第二种技术是综合运用烧结烟气循环技术使烟气排放量降低,循环流化床脱硫技术不会产生废水,并且无需较高的运行成本,臭氧预氧化SCR脱硝技术具有较高的脱硝效果, 该技术对各类烟气均能保持很高的脱硝效率。这项技术与其他常规技术相比,可以明显降低烟气的外部排放量,有利于减低净化系统的运行压力,减少了装置的投资成本。
在臭氧预氧化脱硝技术中,装置可以生成臭氧并且将其引入烟气中,通过臭氧的强氧化性实现一氧化氮的氧化,将烟气中的NO/NO2的摩尔比例调节至1.0左右时,装置便可进行快速SCR反应,其活性为原来的1.4倍,然而所用的催化剂量也少于原来的使用量,通过计算发现这项技术有利于提高催化剂的使用时间,相应的催化剂更换时间也得到了延长。
结论
本文所提到的技术都有利于实现超低排放,各自也有独特的优势,现提出以下几点建议:针对刚建设的烧结机,在进行环保设施的建设时可以优先考虑第一二种技术路径。针对已经建设并拥有湿法脱硫装置的烧结机,可以结合臭氧低温氧化脱硝技术,而拥有半干法脱硫装置的烧结机可以选择后置SCR技术或者结合臭氧低温脱硝技术。
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