300 MW级燃煤电站锅炉烟气低温脱硝及脱汞试验研究

2018-09-11周洋

上海电力大学学报 2018年4期

周洋

(宝山钢铁股份有限公司, 上海 200941)

近年来,我国对燃煤电站锅炉大气污染物排放限值的标准[1-2]修订日趋严苛,火电企业开始了新一轮环保升级改造。城市钢铁企业自备电厂不仅要严格执行新的标准,更要在环保升级改造工艺路线的选择方面进行有效的探索。本文基于宝山钢铁股份有限公司(以下简称“宝钢”)大气污染特征及综合治理技术的系统研究子课题,利用宝钢自备电厂3#燃煤锅炉开展低温烟气脱硝技术的试验研究,同时了解了燃煤机组的汞排放现状,为今后烟气脱硝技术方案的比选,以及烟气除汞工艺路径的探索提供借鉴。

1 燃煤电站锅炉烟气NOx及汞排放技术

目前,各国对燃烧设备的氮氧化物(NOx)污染物排放控制主要有低氮燃烧技术和尾部烟气脱硝技术两种。采用低氮燃烧技术,一般可以使NOx的生成量降低 20%～60%[3]。尾部烟气脱硝技术与NO的氧化还原和吸附的特性有关,常用的方法包括选择性催化还原(Selected Catalytic Reduction,SCR)和选择性非催化还原法。其中,SCR技术通过使用适当的催化剂,让上述反应可以在200～450 ℃的温度范围内有效进行。在反应过程中,排放气体中的NOx和注入的NH3以1∶1的物质的量之比进行反应,可以达到80%～90%的脱硝率[4]。目前,燃煤电站中汞排放的控制逐渐成为烟气治理领域新的研究热点,包括烟气中汞的形态分布和迁移特性、汞的单相和多相反应机理、汞形态的测试和减排技术等[5-6]。

2 低温烟气脱硝和脱汞试验研究

2.1 试验机组概况

宝钢电厂3#机组锅炉是由日本三菱集团制造的亚临界一次中间再热、强制循环锅炉,四角切圆燃烧。其基本参数如表1所示。锅炉设置2台送风机、3台吸风机以及2台布袋除尘器,主要燃用大同混煤、神府原煤和混煤。

表1 3#燃煤锅炉基本参数

2.2 低温烟气脱硝试验

2.2.1 试验概况

目前,国内电站普遍采用钒钛成型SCR催化剂,工作温度为300～400 ℃,转化效率可达80%以上。但当烟气温度低于300 ℃时,生成的硫酸氢铵会粘附在SCR催化剂表面,降低催化剂的活性。为保证SCR系统正常运行所需的温度,电站一般将其放置于空气预热器和电除尘器之前,此处温度可达370 ℃以上。但空气预热器前烟尘浓度较大,催化剂长期处于高粉尘工况运行,容易受到飞灰的影响,引起催化剂污染、中毒或堵塞,使反应器受到冲刷磨损。若烟温高于限值,也会使催化剂发生烧结,导致催化剂失效。

试验中,选择将低温脱硝催化装置置于电除尘器之后,湿法脱硫系统入口处,从脱硫进口烟道引出3 000 m3/h左右的烟气,接入载有低温催化剂的试验平台上进行试验,完成测试的烟气再通过3#脱硫装置出口烟道上的检修人口挡板门返回系统,所引出的烟气温度已经降低到120～160 ℃,满足低温催化剂的工作温度区间要求。

2.2.2 工况条件

低温脱硝试验分为预备性试验和正式试验,试验工况参照HJ/T 75—2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》中对自动监测验收的要求,试验期间机组负荷维持在85%额定负荷以上且基本稳定,按锅炉常规加仓煤种(即神府煤∶大同煤=3∶2)混合加仓。

2.2.3 试验过程

烟气脱硝试验系统由喷氨系统、反应器、风机、消音器、连接管路及测控系统组成。

(1) 预备性试验主要对搭建好的试验平台进行热态调试,并进行预喷氨试验。完成脱硝试验主要测点的布置和优化,并同步记录试验期间锅炉工况和反应器进出口的烟气温度、压力、喷氨流量及出口的NOx浓度等参数。

(2) 正式试验在预备性试验的基础上,保持试验期间锅炉工况稳定。按照预先设定,在基准值的基础上,对喷氨量进行0.5倍、1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍动态调整,并跟踪记录相关试验参数。

2.2.4 结果分析

从3#机组脱硫装置进口烟道引出3 000 m3/h烟气,通入装有低温催化剂的脱硝试验平台进行实际脱硝性能测试。待锅炉工况达到设定工况,流场稳定30 min后,在不通入雾化氨水的情况下记录烟气中NOx的浓度和烟气流量,以此作为基准值。估算烟气中NOx的摩尔量,针对3种不同摩尔比的氨水和NOx开展喷氨脱硝测试,记录催化剂尾端烟气NOx的监测浓度。图1为脱硝效率和催化剂进口烟气温度随氨氮比变化的情况。

图1 不同氨氮比时的脱硝效率和催化剂进口烟气温度

由图1可以看出,脱硝效率由高到低的变化趋势与进口烟气温度完全一致。当氨氮比为1时,脱硝效率最高,达到了66%。随着氨氮比的增加,喷入氨水流量增大,催化剂进口烟气的温度降低,脱硝效率也相应降低。因所用的还原剂是质量分数为25%的氨水,喷入氨水时大量的水分在管道中汽化,吸收了较多热量,从而降低了烟气的温度,催化剂的活性随着温度的降低而降低。