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采用臭 氧脱硝技术进行脱硝
2019-04-04

采用活性分子(臭氧)氧化脱 硝技术进行脱硝处理,实现了NOx达标排放的目标,同时对氧气浓度、冷却水 温度以及锅炉负荷变化等影响因素进行了分析。结果表明,VPSA制氧机 的吸附压力和脱附压力分别在40~48kPa和-45~-55kPa时,氧气浓度达到最佳值92%以上。冷却水温度不宜超过32℃。同时提 出了采用梯段定量控制方式以满足锅炉负荷变化时NOx始终处于达标排放。

随着《大气污 染防治行动计划》的颁布 以及进一步降低燃煤锅炉烟气污染物排放的要求,氮氧化物NOx的控制也进一步提高。SCR是目前 应用最有效脱除效率高的一种脱硝技术。然而在追求更低NOx排放的目标时,该技术 因其固有的混合和流场不均匀会引起氨逃逸超标问题,同时随 着催化剂装载量的增加,使得SO2向SO3转化率增大,最终烟气中NH3和SO3浓度的 增大将进一步加重空预器的堵塞现象。而基于 低温活性分子氧化脱硝技术则很好的可以避免上述问题的出现。活性分子(如O3)与SCR不同,是通过对NO、重金属 等污染物的氧化进行烟气协同处理的工艺。该工艺 与锅炉类型无关,处理对 象为锅炉的尾部烟气,将燃煤烟气中的NO以及重 金属等氧化为高价态的NOx以及金属氧化物,再进行NOx、SO2以及重 金属等污染物的协同脱除。

本文采 用活性分子氧化脱硝技术对燃煤烟气中的NOx排放控制进行了研究,并对氧气浓度、冷却水 温度以及锅炉负荷变化等影响脱硝效率的因素进行了分析。
1、改进方案
 某电厂原有锅炉为2台35t/h和1台50t/h链条炉,原湿法 脱硫系统采用一套石灰石石膏法进行SO2脱除。活性分 子氧化脱硝技术应用在烟气汇合后的尾部烟道上,因此仅 需考虑尾部烟道的烟气流量以及氮氧化物含量等参数,与锅炉 的燃烧方式无关。利用原 有脱硫装置仅对原脱硫塔入口烟道进行改造,安装活性分子反应器。其余改 造均为新增装置如图1所示包括:制氧系统、活性分子系统、冷却水系统以及电气、仪控辅助系统。制氧系 统采用吸附剂通过吸附和脱附手段进行空气中氧气和氮气的分离,产生浓度较高的氧气。经过加压、除油、除尘后 的氧气进入活性分子发生器中,通过在 放电室的局部放电最终产生活性分子(O3)。该放电 室内采用高压电对氧气进行放电会产生大量的热量,因此需 要外来冷却水对放电室进行换热处理以提高活性分子(O3)的浓度。
                      
2、结果分析
 
2.1  VPSA制氧吸附压力的影响
 
目前活性分子(O3)的生产 方法主要是依靠对氧气进行高压放电,一般认为活性分子(O3)主要通 过以下途径产生:
                                                 
因此,除放电电压外,根据反应式(2.1)~(2.4),O2浓度对活性分子(O3)的生产至关重要。氧气浓 度越高则活性分子(O3)的产量也随之增加。氧气是 在常温常压的条件下,利用VPSA吸附剂 选择性吸附产生。鼓风机 将空气鼓入吸附塔I中,在加压吸附条件下,优先吸附N2、CO2和H2O等杂质,从而获 得浓度较高的氧气;同时真 空泵抽对吸附塔II进行抽气,在减压脱附的条件下,脱附吸附剂中的N2及其他杂质,吸附剂 再生后进行下一轮吸附。因此,加压和 减压过程直接影响吸附剂的吸附和再生能力,从而影响氧气浓度。表1给出了6种工况 吸附压力和脱附压力变化时,氧气浓度的变化。其中可 以看出随着吸附压力的升高,脱附压 力减小有利于氧气浓度的提升。下表中,当吸附压力40~48 kPa,脱附压力-52~-55kPa时,氧气浓度达到92%以上。
              
2.2冷却水温度的影响
 电晕放 电产生活性分子(O3)时,由于存在反应式(2.3)和(2.4)的逆反应,同时放 电过程中会产生大量的热量。活性分 子自身存在不稳定性,随着环境温度的提升,活性分 子自身的分解会加速,反应式(2.3)会迅速向右进行。因此需 要采用大量冷却水进行热交换以确保活性分子(O3)的生成。图1给出了 冷却水温度变化对活性分子产生浓度的影响。随着冷 却水水温的增加,活性分 子浓度随着增加。冷却水 温度主要受当地环境温度的影响,季节性变化较大。因此,考虑到经济性运行,高温时 冷却水水温控制在30~32℃,此时的 活性分子浓度控制在128~135mg/Nm3。温度过 高会影响设备自身的稳定性,同时活 性分子的浓度大大降低同时设备运行能耗会大幅上升。因此,对于冷却水温超过37℃时,需要进行冷却水降温,增加额外的冷却费用,以确保 整套系统的经济性运行。
                                                           
2.3 锅炉负荷变化的影响
 
链条炉 的运行方式与煤粉炉不同,煤粉供 应以及风门均依靠人为手工操作,因此燃 烧过程中氮氧化物浓度的变化较大。锅炉运 行负荷的变化直接影响到最终的氮氧化物脱除能力。对锅炉 负荷的变化情况进行分析,运行工况分别为:(1)30 t/h~50 t/h负荷;(2)50 t/h~70 t/h负荷;(3)70 t/h~80 t/h负荷;(4)80 t/h~90 t/h负荷;(5)90 t/h以上负荷。表2给出了相应负荷下的NOx初始浓度、排放浓 度以及相应的脱硝效率。工况1和工况2条件下,最终的NOx排放浓 度比较接近分别为7.6~65.7 mg/Nm3和16.2~75.1 mg/Nm3。该排放 值上下浮动较大,这与锅 炉自身的运行方式有关,也与该 系统自身的运行方式有关。一方面,背压机 组锅炉负荷的变化受运行人员手动给煤量和供风量的影响,自身初 始浓度变化较大。另一方面,活性分 子产生装置由于其采用高压电源放电,若与锅 炉负荷系统连锁,则导致 电源电压波动较大,设备将不能稳定运行。因此,采用梯段法,固定投 加量的方式进行自动跟踪操作。在固定的负荷段,锁定活 性分子的投加上限,以满足 脱硝需求同时兼顾系统的经济性运行。当负荷提升至工况(5)时,这种浮动明显降低,NOx初始浓 度波动明显下降,同时NOx排放值也稳定在58~74 mg/Nm3。在不同 负荷变化条件下,进行活 性分子投加量的设定,使得最终NOx排放达到排放要求。
                     
3、结果讨论
 
本文就 活性分子氧化脱硝技术对氮氧化物的处理能力进行了研究,并对氧气浓度、冷却水 温度以及锅炉负荷变化等影响因素进行了分析,提出了 最佳运行工况及自动运行方式。主要结论如下:
 
(1) 通过对 试验工况的分析,在吸附压力达到40~48kPa,脱附压力达到-45~-55 kPa时,氧气浓度达到最佳值93%~94%。
(2) 冷却水 温度受环境温度影响较大。为满足 设备的稳定性和经济性运行,在高温天气条件下,冷却水水温控制在30~32℃以下为宜,活性分子浓度为128~135mg/Nm3。若冷却水温度超过37℃,需进行 冷却水自身冷却,增加相 应的投资运行费用。
(3) 锅炉负 荷变化会导致氮氧化物脱除效果上下波动较大,采用梯 段定量模式进行活性分投加,能够有 效减少该波动对NOx控制的影响,同时降低运行成本,实现系 统的自动化控制。
 
4、结语
 
本文采 用活性分子氧化脱硝技术对燃煤烟气中的氮氧化物进行处理,该技术 为相对独立的系统,不受锅炉形式的限制,与燃烧方式无关,仅在锅 炉的尾部烟道上进行烟气处理。研究结 果揭示了氧气浓度、冷却水温度、锅炉负 荷变化等因素对活性分子脱硝的影响,并提出 了最佳的运行数据。同时采 用梯段定量方法作为系统的自动运行模式,也为活 性分子氧化脱硝技术的运行自动化方面提供了试验依据。


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