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    垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)SNCR投運后白煙分析
    時(shí)間:2019-05-17 來(lái)源: 垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)SNCR投運后白煙分析  瀏覽次數:3044

    轉自環(huán)衛科技網(wǎng) 遼寧朗源環(huán)境科技有限公司 昨天

    摘要:選擇性非催化還原脫硝法(SNCR)投運后,電廠(chǎng)煙囪出現冒“白煙”現象.通過(guò)分析白煙的成分,確定白煙成分為氯化銨.使用氨逃逸激光光譜分析儀與煙氣自動(dòng)監控系統相結合的試驗方法,分析得到NH3Cl生成的特點(diǎn),制定SNCR噴氨控制策略,從而有效抑制白煙的生成.

    0引言

    選擇性非催化還原脫硝法(SNCR)是目前垃圾焚燒煙氣處理的主流。通過(guò)優(yōu)化鍋爐燃燒參數控制SNCR,可以保證垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)煙氣排放中氮氧化物(NOx)的排放滿(mǎn)足GB 18485-2014(生活垃圾焚燒污染控制標準》相關(guān)要求。隨著(zhù)SNCR在垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)應用的案例越來(lái)越多,經(jīng)常有在其投運過(guò)程中出現煙囪冒“白煙”的案例。

    1垃圾焚燒發(fā)電煙氣組分與污染物去除

    因為城市生活垃圾來(lái)源非常復雜,對比傳統的燃煤或燃氣電廠(chǎng)而言,垃圾焚燒煙氣組分也比較復雜。其煙氣含有的主要污染物有酸性氣體、煙塵、重金屬等,其中煙氣中的的酸性氣體主要由硫氧化物SO2)、氮氧化物(NOx)、氯化氫(HCl)組成。煙氣中的SO2、HCl可以通過(guò)傳統的半干法、干法或者濕法工藝去除,而煙氣中的NOx多通過(guò)選擇性非催化還原脫硝法(SNCR)去除。SNCR是指無(wú)催化劑的作用下,在適合脫硝反應的“溫度窗口”內噴入還原劑,將煙氣中的氮氧化物還原為無(wú)害的氮氣和水。該技術(shù)一般采用氨、尿素或氫氨酸等還原劑。還原劑只和煙氣中的NOx反應,一般不與氧反應。由于該工藝不用催化劑,因此必須在高溫區加入還原劑。還原劑噴人850~1100℃的爐膛,迅速熱分解成NH3,與煙氣中的NOx反應生成N2和水。在實(shí)際運行過(guò)程中SNCR的反應效率多在40%一50%,勢必存在一定量的氨逃逸。

    2“白煙"形成原因

    由于垃圾焚燒電廠(chǎng)煙氣中硫氧化物、氯濃度較高,且在SNCR工作過(guò)程中存在一定量的氨逃逸,易生成硫酸銨與氯化銨。對比兩者的物化特性,白煙更符合氯化銨的性質(zhì)表現。

    氯化銨(NH4C1)煙氣中HCl來(lái)源于含氯的塑料。HCl在溫度低于120℃的區域,易與NH3發(fā)生化合反應,形成白色固體氯化銨飛霧,其反應機理如下:

    NH3+HCl—NH4Cl(s)。

    因煙氣在整個(gè)煙氣凈化系統中的低溫狀態(tài)也保持在140℃以上,所以只有當煙氣從煙囪出口排出與大氣接觸發(fā)生熱交換溫度降低時(shí),氯化銨才會(huì )生成,形成白煙。

    3氨逃逸的測量及儀器

    由于氯化銨的物化特性及垃圾焚燒電廠(chǎng)的工作條件,實(shí)驗無(wú)法直接對氯化銨進(jìn)行測量??紤]到垃圾焚燒過(guò)程中氯離子的濃度相對比較穩定,可以通過(guò)氨逃逸激光光譜分析儀比對煙氣中氨的光譜變化,從而對煙氣中的氨濃度進(jìn)行監控。氨逃逸激光光譜分析儀采用一種高分辨率的光譜吸收技術(shù):激光穿過(guò)煙氣時(shí),通過(guò)快速調制激光頻率并使其掃過(guò)被測的氨氣吸收譜線(xiàn)的定頻率范圍,然后采用相敏檢測技術(shù)測量被氣體吸收后透射譜線(xiàn)中的諧波分量來(lái)分析煙氣中氨氣情況(如圖1所示)。



    實(shí)驗如果不考慮白煙問(wèn)題,SNCR按照設計值運行,電廠(chǎng)NOx排放的質(zhì)量濃度<200mg/m3時(shí),NO。轉化效率可以達到50%以上。此過(guò)程中由于噴人爐膛內的氨(NH,)在爐膛內與煙氣不能進(jìn)行充分混合,造成NH,的相對過(guò)剩,而產(chǎn)生氨逃逸,***終在煙囪出口區域與煙氣中的氯離子形成氯化銨,生成白煙。

    經(jīng)觀(guān)測,可以將白煙分為三個(gè)級別:極淡、淡煙、濃煙。從氨逃逸激光光譜分析儀檢測結果得出:極淡煙對應的氨逃逸質(zhì)量濃度為<0.38mg/m3;淡煙對應的氨逃逸質(zhì)量濃度為0.38 mg/m3~0.76mg/m3;濃煙對應的氨逃逸質(zhì)量濃度為>0.76mg/m3。

    4 SNCR調節試驗

    經(jīng)試驗分析得出SNCR噴氨量受到鍋爐進(jìn)風(fēng)量和爐膛溫度制約,進(jìn)風(fēng)量、爐膛溫度不理想或發(fā)生突變且SNCR噴氨量不進(jìn)行隨動(dòng)調節時(shí),煙囪就會(huì )有白煙產(chǎn)生。經(jīng)試驗研究發(fā)現:當爐膛溫度低于850℃時(shí),無(wú)論噴氨量如何調節都會(huì )有白煙生成,而且在此溫度下SNCR脫硝效果非常差;當溫度低于860℃,NOx的轉化效率小于50%(如圖2所示)。



    鍋爐工況可分為穩態(tài)工況和瞬態(tài)工況。穩態(tài)工況中鍋爐的風(fēng)量、爐膛溫度、SNCR噴氨量、煙氣中NOx排放以及煙氣中氨逃逸的濃度相對穩定。試驗可以確定爐膛溫升幅度和風(fēng)量增加幅度。根據CEMS(continuous emission monitoring system,煙氣在線(xiàn)分析系統)反饋的煙氣中NOx排放量結合SNCR的反應效率計算SNCR的噴氨量;通過(guò)氨逃逸分析儀測得的氨逃逸濃度,在保證NOx排放滿(mǎn)足標準(氨逃逸濃度<0.76mg/m3)的情況下,確定鍋爐不同穩態(tài)工況下的SNCR控制策略;繪制爐膛溫升、風(fēng)量以及SNCR噴氨量的三維等高線(xiàn)圖(MAP圖);通過(guò)試驗驗證優(yōu)化SNCR噴氨MAP圖,爭取使氨逃逸濃度<0.38mg/m3。由于CEMS安裝在引風(fēng)機之后的煙囪人口處,煙氣從鍋爐******煙道至CEMS需要一段時(shí)間,為保證試驗數據的準確性,文中試驗規定的穩態(tài)工況至少要維持10min。

    由于試驗目前的技術(shù)條件無(wú)法分析鍋爐內部溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的分布、變化情況,所以主要采用試驗驗證法研究鍋爐瞬態(tài)工況下鍋爐風(fēng)量與爐膛溫度的關(guān)系:當鍋爐爐膛溫度較低,可以通過(guò)增加風(fēng)量促進(jìn)燃燒以提高爐膛溫度;當爐膛溫度過(guò)高,則可以通過(guò)降低風(fēng)量抑制燃燒降低爐膛溫度(試驗未考慮溫度與風(fēng)量出現背反關(guān)系的極端情況)。以風(fēng)量為主要的研究因素可以將瞬態(tài)工況的變化分成比原穩態(tài)工況風(fēng)量增加和降低兩個(gè)方向。而鍋爐進(jìn)風(fēng)量無(wú)論突然增加還是突然降低,都會(huì )擾亂SNCR反應區流場(chǎng),造成SNCR反應時(shí)間變短或者單位體積內氨量的突然增加。瞬態(tài)工況下SNCR系統應采取保守噴氨的控制策略,同時(shí)研究風(fēng)量隨時(shí)間及NOx排放的變化情況,確定SNCR噴氨量與風(fēng)量變化之間的關(guān)系,對SNCR的噴氨策略進(jìn)行優(yōu)化。

    因為煙氣中NOx排放與SNCR噴氨量及SNCR白煙存在背反關(guān)系,即要保證NOx低排放就要多噴氨,這勢必會(huì )增加白煙產(chǎn)生的幾率;若為了保證煙囪不冒白煙而少?lài)姲?,電廠(chǎng)煙氣中的NOx,就會(huì )有超標排放的可能。所以SNCR控制策略******原則為在保證煙氣中NOx排放達標(質(zhì)量分數小于250mg/m3)的情況下,控制SNCR的噴氨量,從而抑制白煙的生成。

    5 SNCR運行效果

    通過(guò)試驗數據可以發(fā)現,在SNCR運行過(guò)程中NOx排放僅在極少數情況下瞬時(shí)值排放超過(guò)250mg/m3。通過(guò)觀(guān)察可以發(fā)現,SNCR控制程序減白煙效果明顯,由原來(lái)的長(cháng)時(shí)間排放濃煙(白煙排放時(shí)間占全天時(shí)間的70%~80%),到現在絕大多數情況下無(wú)白煙(不可見(jiàn))、偶爾排放淡煙并在極少數的極端情況下才會(huì )有濃煙排出(可見(jiàn)白煙排放時(shí)間占全天時(shí)間的5%~10%)。

    試驗中發(fā)現氨逃逸數據在某些情況下急劇升高,經(jīng)測算甚至高于該時(shí)刻爐膛內噴氨總值。經(jīng)排查,部分原因為煙氣濕度大,部分水汽覆于儀器光電吸收端鏡頭片上形成霧滴,煙氣中的NH3溶解于霧滴中,導致激光穿過(guò)鏡頭的過(guò)程中對NH3生成錯誤數據;部分原因懷疑為垃圾中混有含NH3的物質(zhì)在燃燒過(guò)程中釋放出來(lái)。

    在穩態(tài)工況下,電廠(chǎng)CEMS系統對SNCR系統有很好的反饋作用,可以有效地幫助SNCR確定噴氨量,從而抑制煙氣中的NOx排放量;在瞬態(tài)工況中由于煙氣從爐膛至CEMS需要一定的時(shí)間,CEMS反饋的NOx排放值信號對SNCR噴氨量的控制意義不大,建議瞬態(tài)工況過(guò)程中SNCR采用開(kāi)環(huán)控制方式。同時(shí),煙氣對氨逃逸儀器有明顯的腐蝕,在后續試驗過(guò)程中,試驗儀器的維護必須考慮。

    6結論

    (1)垃圾焚燒廠(chǎng)煙氣中含有NOx,脫除NOx需要在爐膛噴入氨或者尿素,少部分氨未參與反應,逃逸后在后續煙道和煙氣凈化系統中被吸收,負荷變化時(shí)偶爾會(huì )有少量的氨通過(guò)煙囪進(jìn)人大氣,一般進(jìn)入大氣的氨質(zhì)量濃度小于0.76mg/m3。

    (2)垃圾焚燒煙氣中氯的成分較多,在煙囪出口溫度低于120oC的區域逃逸的氨易與煙氣中的氯反應產(chǎn)生氯化銨,產(chǎn)生可見(jiàn)白煙。但產(chǎn)生的氯化銨濃度很小。

    (3)在不考慮氨逃逸及白煙的情況下,SNCR運行可以保證脫硝效率≥50%,NOx排放量低于200mg/m3。

    (4)通過(guò)調試與長(cháng)期的試運行,目前SNCR控制程序所執行的控制策略可以保證電廠(chǎng)煙氣中NOx排放滿(mǎn)足現行目前的國家標準(<250mg/m3)的情況下,有效降低白煙的產(chǎn)生濃度和排放時(shí)間。





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