摘要：介紹了哈密燃機(jī)項(xiàng)目燃?xì)忮仩t的應(yīng)用情況,說明了焦?fàn)t煤氣燃燒過程中NOx的排放情況和生成機(jī)理,闡述了燃?xì)忮仩t脫硝工藝及脫硝劑的選擇方法,為焦?fàn)t煤氣發(fā)電鍋爐脫硝方案的選擇提供了參考。  

1概述  

新疆哈密某產(chǎn)業(yè)聚集園區(qū)內(nèi)，已建及在建有多個(gè)褐煤提質(zhì)改性項(xiàng)目。其主要工藝方案均為在隔絕空氣(或在非氧化氣氛)條件下將褐煤進(jìn)行加熱，使其在不同的溫度下發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)，最終得到固體(蘭炭)、液體(煤焦油)和氣體(尾氣)等產(chǎn)品。蘭炭、煤焦油為其主要產(chǎn)品.可作為化工原料.而焦?fàn)t尾氣則可作為燃料。目前各化工項(xiàng)目所產(chǎn)生的尾氣有的完全排放，有的僅利用其一小部分用于自備的500kW級(jí)小發(fā)電機(jī)組，能源浪費(fèi)情況非常嚴(yán)重。為此，哈密燃機(jī)項(xiàng)目將產(chǎn)業(yè)聚集園區(qū)內(nèi)各蘭炭廠所產(chǎn)生的煤氣統(tǒng)一收集，興建大型尾氣發(fā)電項(xiàng)目，以形成完整的煤化工產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。本項(xiàng)目建成投運(yùn)后.收集的荒煤氣經(jīng)凈化處理后污染物大大降低，煙氣中所含的少量大氣污染物通過點(diǎn)源排放，可較大幅度減輕對(duì)環(huán)境的污染。  

2焦?fàn)t煤氣鍋爐簡(jiǎn)介  

哈密燃機(jī)項(xiàng)目一期裝機(jī)規(guī)模為：2套9E等級(jí)燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組+1臺(tái)200t/h燃?xì)忮仩t。本文主要對(duì)燃?xì)忮仩t發(fā)電部分進(jìn)行介紹。本工程以煤化工尾氣為燃料，荒煤氣經(jīng)由管道收集后輸送至煤氣處理站，煤化工尾氣依次經(jīng)由電捕焦油器和TSA凈化單元將尾氣中的焦油、粉塵、H，S、萘等去除后，進(jìn)入燃?xì)忮仩t燃燒后經(jīng)煙囪排放。  

燃?xì)忮仩t型號(hào)NG一200/6.2一Q，為杭州鍋爐集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的單鍋筒、自然循環(huán)、集中下降管、倒“U”型布置的煤氣鍋爐，采用全膜式水冷壁，爐頂、水平煙道及轉(zhuǎn)向室設(shè)頂棚過熱器和包墻過熱器，尾部豎井煙道中布置省煤器、空氣預(yù)熱器。鍋爐額定蒸發(fā)量為200t/h，鍋爐保證設(shè)計(jì)熱效率90.5%。鍋爐采用雙旋流煤氣燃燒器，煤氣燃燒器分層布置在鍋爐爐膛下部燃燒器前墻上，鍋爐負(fù)荷在50%～100%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并保證蒸汽參數(shù)、煤氣燃燒器兩層標(biāo)高分別為6000mm、8000mm。前墻每層各布置3只凈煤氣燃燒器，共6只。下層每只煤氣燃燒器布置有1支點(diǎn)火氣槍和1支高能點(diǎn)火槍。  

本鍋爐的設(shè)計(jì)燃料為100%煤化工凈煤氣，點(diǎn)火啟動(dòng)均用凈煤氣。凈化后的焦?fàn)t煤氣主要成分如表1所示。

焦?fàn)t煤氣的各項(xiàng)指標(biāo)為：壓力約5kPa：溫度約5O℃;煤氣低熱值7025kJ/m(標(biāo)準(zhǔn)狀況下的干煤氣，以下同);煤氣濕度為水分飽和狀態(tài);主要雜質(zhì)及其含量見表2。  

本項(xiàng)目的燃燒器采用杭鍋集團(tuán)白有的低氮燃燒技術(shù)。燃燒器面板如圖1所示。  

3煙氣脫硝裝置工藝選擇  

3.1焦?fàn)t煤氣鍋爐NOx產(chǎn)生機(jī)理  

由于焦?fàn)t煤氣中有機(jī)氮含量極少，因此焦?fàn)t煤氣燃燒產(chǎn)生的NOx中95%是溫度熱力型，只有小部分快速型NOx，燃料型NOx幾乎為零。熱力型NOx源于燃燒過程中空氣中的氮?dú)獗谎趸蒒O.它主要產(chǎn)生于溫度高于1500℃的高溫區(qū)。熱力型NOx的濃度隨溫度和氧濃度的增大而增大。本鍋爐采用了低氮燃燒技術(shù)來降低燃燒過程中生成的NOxC。然而實(shí)際中通過采用低氮燃燒技術(shù)降低NOx的效果有限.采用低氮燃燒技術(shù)后本鍋爐排放的煙氣中NOx濃度保證值為低于200mg/Nm。2014年國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保局和能源局共同發(fā)布的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》(發(fā)改能源[2014]2093號(hào)文)，為滿足“超凈排放”要求，本工程環(huán)境影響報(bào)告書要求燃?xì)忮仩t煙氣中氮氧化物排放濃度不大于100mg/Nm，為了達(dá)到環(huán)評(píng)報(bào)告中的NOx排放值，燃?xì)忮仩t必須安裝煙氣脫硝裝置，進(jìn)一步降低煙氣中NOx的排放濃度。  

3.2低NOx排放控制技術(shù)  

目前控制煙氣NOx排放的措施大致分為3類：一類是低NOx燃燒技術(shù)，其技術(shù)的主要特征是采用燃燒優(yōu)化、空氣和燃料的分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)以及低NOx燃燒器等多種型式，控制燃燒區(qū)域的溫度、過�？諝饬考叭剂狭�，抑制或還原燃燒過程中生成的NOx，從而降低NOx排放，該技術(shù)措施一般可以降低NOx排放濃度的30%～60%：另一類是煙氣凈化技術(shù)，最為典型的煙氣凈化是選擇性催化劑脫硝法(即SCR)，其脫硝效率可達(dá)80%～90%;第三類是爐膛噴射脫硝技術(shù)(即SNCR)，其技術(shù)的主要特征是在爐膛上部的某一特定區(qū)域噴射還原劑，使其在一定的溫度條件下還原已生成的NOx，較典型的噴射物質(zhì)是爐膛噴氨.氨與煙氣中的NOx在950～1050℃這一狹窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，生成氮?dú)夂退�，NOx降低率一般為30%70%，該技術(shù)投資少，運(yùn)行費(fèi)用也低J。  

如何選擇適合于本工程的脫硝T藝，應(yīng)主要從以下幾個(gè)方面綜合考慮：  

(1)NOx排放濃度和排放量必須滿足排放標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)環(huán)境保護(hù)的要求：  

(2)脫硝工藝要適用于本工程已確定的燃料條件，并考慮燃料來源的變化可能性;  

(3)脫硝丁藝技術(shù)成熟、設(shè)備運(yùn)行可靠，并有較多成功的運(yùn)行業(yè)績(jī)：  

(4)脫硝裝置占地面積小，投資費(fèi)用省;  

(5)脫硝劑要有穩(wěn)定可靠的來源：  

(6)運(yùn)行、檢修和維護(hù)費(fèi)用小。  

根據(jù)以上的原則，本工程燃?xì)忮仩t所用的燃燒器已采取低NOx燃燒技術(shù)，同時(shí)采用選擇性非催化還原法(SNCR)。  

3.3SNCR工藝原理  

SNCR脫除NOx技術(shù)是把含有NHx基的還原劑噴人溫度為950～1050℃的爐膛區(qū)域，與NOx發(fā)生還原反應(yīng)生成N2和H2O。  

還原NOx的主要方程式為：  

2NO2+4NH3+02=3N2+6H20  

因?yàn)闊煔庵?5%的NOx是以NO形式存在，  

所以第一個(gè)反應(yīng)是主要的.在沒有催化劑存在的情況下.這個(gè)反應(yīng)在950—1050℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。為了滿足脫硝溫度窗口，本項(xiàng)目在爐膛頂部預(yù)留SNCR噴口的接口，此處溫度正好在SNCR溫度窗口范圍。  

3.4脫硝劑的選擇  

在SNCR系統(tǒng)中.通過氨和煙氣中的NOx反應(yīng)來達(dá)到脫硝的目的。穩(wěn)定、可靠的氨系統(tǒng)才能保證SNCR系統(tǒng)的良好運(yùn)行。  

制氨一般有3種方法：尿素法，純氨法，氨水法。  

(1)尿素法：典型的用尿素制氨的方法有AOD(Ammoniaondemand，即需制氨法)法。  

干尿素直接從貯倉(cāng)送人混合罐，尿素在混合罐中加水?dāng)嚢瑁_保尿素的完全溶解，然后用循環(huán)泵將溶液抽出來，這個(gè)過程不斷重復(fù)，以維持尿素溶液儲(chǔ)罐的液位。從儲(chǔ)罐里出來的溶液在進(jìn)入水解槽之前要過濾，在水解槽中，尿素溶液首先通過蒸汽預(yù)熱器加熱到反應(yīng)溫度，然后尿素溶液與水反應(yīng)生成氨和二氧化碳。反應(yīng)式如下：  

NH2CONH2+H20=2NH3+CO2  

(2)氨水制氨法：通常是用25%的氨水溶液，將其置于儲(chǔ)罐中，然后通過加熱裝置使其蒸發(fā)，形成氨氣和水蒸汽。氨水制氨可以采用接觸式蒸發(fā)器法和噴淋式蒸發(fā)器法。  

(3)純氨法：液氨由槽車運(yùn)送到液氨貯槽。液氨貯槽輸出的液氨在氨氣蒸發(fā)器內(nèi)經(jīng)40'E左右的溫水蒸發(fā)為氨氣，并將氨氣加熱至常溫后，送到氨氣緩沖槽備用考慮運(yùn)行安全性以及本工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，  

本鍋爐采用尿素作為SNCR脫硝劑。項(xiàng)目還原劑耗量及年運(yùn)行費(fèi)用初步估算如表3。1臺(tái)燃?xì)忮仩t配套SNCR的主要設(shè)備清單見表4。  

4結(jié)論  

哈密燃機(jī)項(xiàng)目將園區(qū)煤化工企業(yè)產(chǎn)生的荒煤氣凈化處理后發(fā)電，是一個(gè)資源綜合利用、典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)、余熱余壓利用項(xiàng)目，體現(xiàn)了“減量化、再利用、資源化”的基本特征，符合可持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟(jì)模式.提高資源利用效率，減少?gòu)U氣排放，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)園循環(huán)經(jīng)濟(jì)必不可少的環(huán)節(jié)。本工程符合國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)要求，促進(jìn)了煤炭清潔高效開發(fā)利用。  

本文根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，說明了本工程煤氣燃?xì)忮仩t煙氣脫硝的工藝選擇，對(duì)同類型鍋爐的煙氣脫硝工藝方案選擇具有指導(dǎo)意義。

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