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燃气锅炉降氮减排综合治理:视觉消白;环保消白

2019-11-01来源:中国固原网

烟气消白是通过改变烟气温度或湿度,避免烟气与环境空气相互混合过程中由于烟温降低导致过饱和水汽凝结,从而减少了烟气携带水量,进一步降低了污染物排放,消除了视觉白烟。

烟气消白,首先我们要明确一个观念,烟气消白消除的不是视觉上的污染,而是比较彻底的消除烟气中的氮氧化物、硫化物、各种烟尘颗粒物、气溶胶以及各种结晶盐颗粒物质,等等。这才是环保消白所真正面临的困难。

氮氧化物指的是由氮、氧两种元素组成的化合物。氮氧化物(NOx)种类很多,包括一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮 (NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等多种化合物。做为大气污染物的氮氧化物(NOx)常指NONO2

在高温燃烧条件下,NOx主要以NO的形式存在,最初排放的NOxNO约占95%但是,NO极易与氧气发生反应,生成NO2。在温度较低及湿度较大时,NO2进一步与水分子作用,形成硝酸(HNO3)。特别是当NO2SO2同时存在时,可以相互催化,形成硝酸的速度更快。

理论上,燃气锅炉NOx有三种不同的生成机理:热力型NOx由燃烧空气中的N2在高温下氧化而成;燃料型NOx由燃料中的氮元素转换而成;快速型NOx由空气中的N2和碳氢原子团(如:CHHCN)反应生成,一般生成量很小(可忽略不计)。

影响热力型NOx生成的原因主要有三个:

1)燃烧温度。随着燃烧温度的上升,NOx的生成量呈数量级上升(涉及燃烧机)

2)在燃烧区域的氧化浓度。随着过量空气系数增大(即氧气浓度增加时),NOx的生成量急剧上升(涉及运行工况)

3)燃烧气体在高温区的滞留时间。随着燃烧气体在高温区域的滞留时间增加,NOx的生成量随之增加(涉及锅炉本体)

为防止天然气在锅炉内燃烧后,产生过多的NOx污染环境,应对锅炉烟气进行脱处理。根据燃气锅炉氮氧化物的形成机理,锅炉烟气降氮减排的技术措施有三大类:

1)一类是源头治理。控制煅烧中生成NOx,其技术措施:低氮燃烧机;改变锅炉运行工况;烟气再循环。

2)一类是末端治理。控制烟气中排放的NOx,其技术措施:+添加剂喷淋净化;选择性非催化还原法(SNCR)选择性催化还原法(SCR)SNCR/SCR联合脱硝技术

3)一类是综合治理。任何一类低氮燃烧机运行时,都存在着标准工况与非标工况。这是因为燃烧机厂家对产品的燃烧完全度的测定,是在特定的标准燃烧室内进行的。所以,一般把标准实验的条件,做为燃烧机的选用条件。但现场的应用条件却存在着很大的约束性,即低氮燃烧机可能是在偏离标准工况的状态下运行的。燃烧机整个采暖季全天24小时都在运行,而且是变负荷运行,运行工况与燃烧机厂家给出的标准工况相差较大。这就恶化了影响热力型NOx生成的原因(涉及低氮燃烧+烟气处理)

燃气锅炉用于社区供热或城市区域供热时,锅炉烟气降氮减排,即脱硝是系统工程,包括低氮燃烧机、相匹配的锅炉本体、运行工况以及烟气处理等系统集成。

燃气锅炉烟气降氮减排综合治理技术路线:

1)烟气再循环低氮燃烧技术是将烟冷装置前抽取的温度较低的烟气与燃烧用的空气混合,通过燃烧器送入炉胆内,从而降低燃烧温度和氧的浓度,达到降低NOx生成量的目的。

烟气再循环低氮燃烧技术瑕疵:

一是,非标工况时,或因低负荷状态燃烧不充分而产生炭黑。黏性炭黑微粒随烟气回流至燃烧器内,附着在电眼或点火等装置上,造成锅炉安全运行的极大隐患;

二是,1Nm3天然气燃烧后,可产生约1.7kg的水蒸气。非标工况时,低负荷状态再循环烟温低于水露点时,或有水珠附着在电眼或点火等装置上,造成装置失效和失灵等设备故障。

2)选择性非催化还原法(SNCR);选择性催化还原法(SCR);SNCR/SCR联合脱硝技术。采用"SNCR或SCR或SNCR/SCR"技术工艺脱硝,还原剂(尿素或氨水等)既是最大消耗品,又是需要特殊保护的化学品,其受到诸多制约尿素或氨水这类特殊的化学品不仅涉及生产、流通、分配和消费,更涉及到工业、农业、商业、交通、公安、能源、物价、环保、安全监管以及质检等政府多个部门绝非供热企业一家之事。尤其是燃气锅炉位于社区当中或城镇中心区域的时候。

3)低氮燃烧+冷凝纯碱水溶液喷淋吸收技术。热泵型烟气余热深度回收系统中的喷淋净化对锅炉大气污染物排放量的调控是锅炉集成装备解决燃气锅炉降氮减排的重要技术手段之一。主要成效:排烟温度降至27~30℃;烟气中水汽含量冷凝降低80%以上;凝结水pH值呈酸性,表明部分大气污染物成分能够被水吸收……热泵型烟气余热深度回收+喷淋净化系统是国内目前唯一同时兼备“余热回收”效益和“脱硝环保”效益的集成技术。

用纯碱(Na2CO3)水溶液吸收NOx的化学反应式如下:

 2NO2+ Na2CO3NaNO2+NaNO3+CO2     1

 NO+NO2+ Na2CO3NaNO2+CO2              2

只有当吸收烟气中的NOx的氧化度(NO2/NOx)大于50%时,才能被Na2CO3充分吸收。由等摩尔数的NONO2所组成的混合物,其吸收速率系数在所情况下,都大于浓度相同的NO2气体的吸收速率系数。1%浓度的NO+NO2气体,其吸收速率系数几乎是1%浓度的NO2气体的23倍。这就意味着(2)式的反应速率远远大于(1)式的反应速率。随着氧化度(NO2/NOx)的升高,吸收率呈抛物线状变化,具有一个最佳值。

Na2CO3吸收工艺措施——加大过量空气系数,即增加烟气中的O2含量,为NOO2发生反应,生成NO2创造条件。同时,大风量降低了NOx在烟气体积中的含量占比。在线NOx检测装置实时传输数据至燃烧机的鼓风机变频器。通过排空烟气中的NOx实际排放量与达标设定值的比对,动态增减鼓风机转速,实时调节过量空气系数……

烟气中氮氧化物NOx含量小于80mg/m3,在中试规模达到了1060%NOx脱除率。烟气中氮氧化物NOx含量大于100mg/m3,不宜采用。相对于燃煤锅炉、工业窑炉等烟气的降氮减排,低氮燃烧+冷凝纯碱水溶液喷淋吸收技术,工艺过程简单。虽然存在技术瑕疵,但通过处理手段和操作工艺的不断完善,必将焕发出全新的生命力。

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