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北極星大氣網報道:上海瀚昱:低溫SCR脫硝技術在生物質鍋爐煙氣氮氧化物超低排放上的應用
 
    

上海瀚昱:低溫SCR脫硝技術在生物質鍋爐煙氣氮氧化物超低排放上的應用


202065日,北極星大氣網訊:

前言

綠水青山就是金山銀山、像保護眼睛一樣保護生態環境、望得見山、看得到水、記得住鄉愁”……。黨的十八大以來,習近平總書記關于生態文明建設的許多論述,人民群眾已是耳熟能詳,字里行間充分體現了中國政府對綠色低碳發展的高度重視。如今,我國正大力推進生態文明建設,以不斷滿足人民群眾對優美生態環境日益增長的需要。隨著社會對環保越來越重視,鍋爐煙氣超低排放已經在全國范圍內推廣實行并取得良好的社會效益。生物質鍋爐煙氣中的氮氧化物排放控制也日趨嚴格。針對生物質直燃循環流化床鍋爐SCR脫硝過程中生物質鍋爐煙氣成分特性及煙氣溫度低、堿金屬和飛灰含量高的問題,本文從SCR催化劑工藝和配方、脫硝反應器優化設計、脫硝系統耦合優化等幾個方面進行研究,在實際脫硝溫度160~180℃的情況下,將生物質鍋爐的NOx排放水平穩定控制在50mg/m3以下,氨逃逸濃度低于3ppm,滿足超低排放要求。最終研究成果應用于65t/h高溫高壓生物質循環流化床鍋爐。

1、生物質鍋爐現狀及超低排放背景

生物質能供熱主要包括生物質熱電聯產和生物質鍋爐供熱,布局靈活,適用范圍廣,適合城鎮民用清潔供暖以及替代中小型工業燃煤燃氣燃油鍋爐。生物質鍋爐是以生物質能源作為燃料的新型鍋爐,其鍋爐排放煙氣中的二氧化硫、氮氧化物含量較低,且不產生廢渣。因此與燃煤鍋爐相比,更加節能環保。但隨著國家對鍋爐煙氣環保標準的提高,加上鍋爐煙氣超低排放的推廣實行,F行的生物質鍋爐煙氣的排放標準按鍋爐大氣污染物排放標準(GB13271-2014)執行。但這一要求與最新火電廠超低排放相比,還有一定差距。隨著民眾、企業與社會環保意識的提高,將來會按超低排放要求執行。

2、生物質鍋爐煙氣特性

經對生物質鍋爐煙氣調研、測試、分析,生物質鍋爐煙氣有如下特點:爐膛溫度差別大。生物質鍋爐主要有爐排爐和循環流化床爐,每種爐型又分為中溫中壓爐、次高溫次高壓爐、高溫高壓爐;生物質中氫元素含量較高,煙氣中含水量也高,可達到15%30%;煙塵含堿金屬質量分數較高,可達8%以上;二氧化硫、氮氧化物濃度低、波動大,燃燒純生物質時二氧化硫、氮氧化物濃度在120250mg/m3波動。如燃料中摻雜模板、木材、樹皮,煙氣中SO2、NOx濃度在250600 mg/m3波動。

 

3、國家及各地排放標準

生物質鍋爐是以生物質能源做為燃料的鍋爐。目前在不少省區,生物質正在成為煤炭的有效補充和替代燃料。盡管生物質鍋爐相比煤炭鍋爐污染較小,但在其燃燒過程中還會產生顆粒粉塵、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、酸性氣體等,而產生的粉塵以及廢氣需要經過處理才可達到廢氣排放標準。從2013年開始,全國19個。▍^、市)的47個地級及以上城市被列入重點控制區,火電、鋼鐵、石化、水泥、有色、化工等六大重污染行業及燃煤工業鍋爐實施特別排放限值。氮氧化物、二氧化硫和煙塵的排放標準分別100mg/m3、50mg/m320mg/m3,生物質鍋爐參照執行這標準。而在上海、浙江、山東等省份的部分地區,則實行同燃煤發電廠一樣的超低排放標準。最難達標的環節就在氮氧化物的處理上。隨著燃煤鍋爐超低排放的不斷推進,自身排放標準缺失的生物質往往需要面臨同樣的超低考驗,生物質鍋爐尾氣超低排放技術研究刻不容緩。我國現行生物質鍋爐排放標準如表2所示。

 

4、生物質鍋爐煙氣脫硝技術

生物質的鍋爐燃料種類多、熱值低、給料均勻性差,造成燃燒區內的溫度變化劇烈,鍋爐出口初始氮氧化物排放濃度波動大,煙氣溫度低、堿金屬和飛灰含量高。而SNCR技術脫硝效率為40%60%,且脫硝效率依舊不穩定,不能達到超低排放50mg/Nm3以下,如果采用燃煤機組上常用的中高溫脫硝選擇性催化還原法(SCR)+選擇性非催化還原法(SNCR)深度脫硝法,由于是放在省煤后,空預器和除塵前,煙塵含堿金屬質量分數較高及粉塵粘結,容易出現催化劑中毒、脫硝裝置堵塞磨蝕等問題,最終造成NOx排放超標。如果放在除塵后則需要將煙氣升到280℃以上,要浪費大量能源。目前,只有低溫SCR脫硝技術才可以實現超低排放且長期穩定,運行費用低,能源消耗低,達到節能減排要求。

5、上海瀚昱環保材料有限公司生物質鍋爐專用低溫脫硝技術

上海瀚昱環保材料有限公司成立于20071月,總部設在上海市松江國家級經濟開發區,注冊資金一億元,國家高新技術企業。主要從事煙氣凈化環保催化劑、脫硫設備及材料、表面防護材料的研發、生產與應用的專業化企業。公司研發團隊在劉教授的帶領下,自2006年開始自主研發SCR脫硝催化劑,產品分為中高溫,高-低溫,中低溫、低溫,高溫等各類催化劑。在國內已完成二百多個鍋爐及各類窯爐的脫硝項目及催化劑供應,其中包括國電集團、華電集團、華能集團、寶鋼集團、中石化集團等客戶的脫硝項目。

由于生物質循環流化床鍋爐具有燃料種類復雜、鍋爐負荷波動較大、燃燒不穩定、鍋爐煙氣中飛灰堿金屬含量高、溫度低、水分含量大等特點。通過傳統SNCR技術和中高溫SCR技術難以解決脫硝過程中低溫、高堿、高灰等問題,要實現生物質鍋爐煙氣的高效脫硝,需要根據煙氣排放特性在低溫抗堿催化劑配方、反應器優化設計、設備管理與技術耦合等方面進行深入研究。

針對這一難題,上海瀚昱環保材料有限公司開發出了適用于生物質鍋爐排放特性的SCR高效低溫脫硝技術,重點開展生物質鍋爐煙氣排放特性、低溫抗堿金屬催化劑配方、生物質鍋爐脫硝反應器的優化設計和生物質鍋爐煙氣SCR系統耦合等研究,建立滿足生物質鍋爐NOx超低排放要求的脫硝系統。項目實施內容主要包括生物質鍋爐煙氣排放特性研究、生物質鍋爐的SCR催化劑配方研究、生物質鍋爐脫硝反應器的優化設計、生物質鍋爐高效脫硝技術耦合及示范應用等4個方面。

針對生物質鍋爐的煙氣特點,瀚昱研發團隊重點通過對催化劑進行理論分析、性能評價和表征,分析催化劑中各元素存在的形態與催化劑性能之間的關系,深入了解催化劑中毒原理,并從減緩催化劑化學中毒和物理中毒方面切入,研究了不同活性組分改性、保護/犧牲層負載量、負載次序及對催化劑酸性和氧化性的強化和對反應活性等的影響規律,通過篩選復配,以及加工方式的優化,比例調整等一系列工作,成功選取了合適的催化劑活性組分及助劑,提高了脫硝催化劑整體酸位,增加了氨的吸附位點和堿金屬抗性。從而提高了堿金屬的容量,調整活性物質和助劑的比例及加工方式,通過助劑的復配以及加工工藝的改進,提高了整體催化劑的活性,成功開發了抗堿金屬中毒生物質專用低溫SCR脫硝催化劑。

生物質循環流化床鍋爐尾部空間狹小,煙道結構復雜。設備安裝過程中,對脫硝反應器內噴氨系統、混合裝置、SCR催化劑用量和布置形式進行了優化設計,進而實現反應器內流場、溫度場和濃度場的優化,達到抑制催化劑孔道的堵塞、延長催化劑的使用壽命的目的,最終形成適用于生物質鍋爐的脫硝反應器優化設計技術方案。

整個項目的研究與實踐緊密結合,研發成果最終成功應用于寧波明州生物質發電有限公司的65t/h生物質鍋爐的煙氣脫硝改造項目,這是國內較早在生物質鍋爐上實施低溫SCR脫硝技術的超低排放項目之一,在160~180℃的低溫下,SCR反應器出口NOx≤50mg/Nm3,氨的逃逸率<3ppm;于201912月順利通過環保超低達標性能考核,得到業主方和政府環保部門的高度肯定。

6、應用案例

6.1 項目概況

本工程為二期項目,設計爐內SNCR+除塵器后低溫SCR聯合脫硝裝置。為保證脫硝效率能達到驗收標準,生物質二階段脫硝SCR反應器采用立式布置,反應器為2個(串聯),每個反應器支撐梁層數為2層。實際運行后,可根據鍋爐實際排放情況,進行調整,使用2層催化劑或4層催化劑(本次初裝為2層)。

已建氨-肥法脫硫系統(處理能力2*45Nm3/h),生物質鍋爐煙氣經引風機后送入明州熱電總煙道,與三臺煤爐、一臺生物質爐煙氣一同進入脫硫裝置經脫硫處理后高度90m,內徑4.4m煙囪排放。

脫硝劑采用20%氨水。

6.2 鍋爐概況

 

6.3 性能保證

SCR入口NOx濃度≤90mg/Nm3時,SCR出口NOx濃度≤50mg/Nm3;

SCR入口NOx濃度>90mg/Nm3時,要求SCR效率>48%;

NH3逃逸率<3ppm;

保證系統可用率達到95%以上;

保證設備安裝及施工的質量;

保證脫硝系統無二次污染;

保證脫硝系統噪聲達標。

6.4 SCR技術方案

6.4.1 設計基本條件

位于除塵器后引風機出口煙道;

反應器入口設置蒸汽加熱器,煙氣溫度需再加熱提高至170~180℃;

該項目SCRSNCR部分噴入的氨水為還原劑,SCR反應器前設置輔助噴槍;

反應器第一層催化劑入口煙氣參數均勻性的要求:

入口煙氣參數均勻性的相對偏差不大于下述值:

速度最大偏差:平均值的±15%

溫度最大偏差:平均值的±10℃

氨氮摩爾比的最大偏差:平均值的±5%

6.4.2 催化劑

SCR催化劑采用蜂窩催化劑,采用模塊化設計。催化劑的主要性能:

催化劑在化學壽命期內正常工況條件下滿足反應器出口NOx濃度<50mg/Nm3,氨的逃逸率<3ppm;

催化劑能滿足煙氣溫度不低于設計運行溫度(160℃)的情況下長期運行,同時應能承受短時運行溫度為400℃的考驗(每年不超過3次,每次不超過5小時),而不產生任何損壞;

催化劑模塊設計有效防止煙氣短路的密封系統,密封裝置的壽命不低于催化劑的壽命;

催化劑化學壽命不小于24000小時,機械壽命不低于50000小時,可再生利用。

模塊采用鋼結構框架,焊接、密封完好,且便于運輸、安裝、起吊。投標方負責SCR脫硝催化劑的選型、設計、制造、質量保證、運輸、儲存及安裝等。

 

6.4.3 SCR反應器

布置在引風機之后SCR反應器(內尺寸為W4000*H4000),豎直N型布置催化劑層數為2+2。反應器材質Q235B。

6.4.4 工藝流程圖

 

6.4.5 運行情況

本工程于201912月投運以來,克服了燃料種類雜、熱值低、水分高,燃燒不穩定以及煙氣成分復雜、負荷波動大等不利因素,脫硝系統一直處于穩定運行狀態,各項數據均達到或優于設計要求,出口NOx濃度<50mg/Nm3,低于超低排放限值,氨逃逸率<3ppm,順利通過環保超低達標性能考核。

 

2寧波明州生物質發電有限公司65t/h生物質鍋爐現場


 

3寧波明州生物質發電有限公司(65t/h)生物質鍋爐低溫脫硝運行畫面

7、結語

為實現超低排放,針對生物質循環流化床鍋爐燃料種類復雜、負荷波動較大、燃燒不穩定的運行特點,以及尾部煙氣溫度較低(低至150℃)、水分大、飛灰堿金屬含量高的特殊排放特性,可以得出結論:低溫SCR脫硝技術是最適合于生物質發電鍋爐煙氣特點的脫硝技術之一,而低溫SCR脫硝催化劑是生物質發電鍋爐低溫脫硝項目成功的關鍵,上海瀚昱公司通過貴金屬與特種稀土的雙重交互活性作用確保催化劑在低溫下具有超強的選擇性催化還原能力和抗中毒能力及自修復能力,具備在各種惡劣環境中抵抗硫酸銨、硫酸氫銨、氨、堿(土)金屬、砷、汞等中毒的能力。并成功應用于寧波明州生物質發電有限公司的65t/h生物質鍋爐的煙氣脫硝項目,成為國內早在生物質鍋爐上運用低溫SCR脫硝技術實現超低排放改造的項目之一,目前為止還未發現低溫催化劑在180℃以下應用于生物質鍋爐上的案例。

該項目在160~180℃煙溫下出口NOx≤50mg/Nm3,氨逃逸率<3ppm,SO2/SO3轉化率<1%,并于201912月順利通過環保超低達標性能考核,滿足超低排放要求。


 原文網址:http://huanbao.bjx.com.cn/news/20200605/1079022.shtml

 
發布時間:2021/1/5 16:59:39    被閱覽數: 1888 次  [ 打印本頁 ]    [ 關閉窗口 ]