探讨火电厂烟气脱硫脱硝技术应用与节能环保问题
李仲维
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李仲维,. 探讨火电厂烟气脱硫脱硝技术应用与节能环保问题[J]. 低碳研究,2024.12. DOI:10.12721/ccn.2024.157102.
摘要:
我国电力行业和我国科技水平的快速发展,火电厂烟气脱硫脱硝技术应用与节能环保是主要工作。寻求出适合多种炉型的脱硝工艺流程、除尘工艺流程以及脱硝塔配置等设计,为碱回收炉全面实现SCR脱硝提供技术支持。SCR技术在应用过程中产生的氨逃逸等问题也需得到有效控制,以减少对环境的二次污染。因此,研究节能减排背景下火电厂SCR烟气脱硝系统的设计与应用,对实现火电厂的环境友好运行具有重要意义。
关键词: 节能减排;SCR烟气脱硝系统;催化剂
DOI:10.12721/ccn.2024.157102
基金资助:

相较于传统烟气脱硫技术,烟气脱硫脱硝协同控制技术具有明显优势,与我国国情与火电厂运行情况有着较强的适应性。然而,目前大多协同控制技术尚处于试验阶段,只能满足工业示范要求,因此在未来发展过程中,应进一步加强烟气脱硫脱硝协同控制技术研究与评估,逐步在火电厂中推广使用;同时加大对相关技术的装备投入,解决技术运行期间的实际问题,提升工业应用适应性。

1节能减排政策对火电厂的影响

节能减排政策对火电厂产生着深远影响。节能减排政策主要包括排放限值的设定、碳交易机制的引入及对采用先进环保技术的经济激励措施等。要求火电厂必须采取有效措施减少NOx的排放,以达到环保标准。火电厂需投资烟气脱硝技术,如SCR技术,从而将NOx排放控制至环保水平。节能减排政策促进了火电行业对高效、低排放技术的研发应用,包括提高燃煤效率、采用清洁煤技术及发展可再生能源等。这些变革不仅减少了环境污染,还提高了火电厂的能源利用效率与市场竞争力。但节能减排政策也带来了经济压力,设备老化、技术落后的火电厂需要在短时间内投入大量资金进行技术改造与设备更新。节能减排政策推动了火电行业环保水平的提升,要求该行业进行结构调整与技术升级,以满足环境规范标准的要求。

2火电厂烟气脱硫脱硝技术应用

2.1优化SCR反应器设计

优化SCR反应器设计不仅仅是改进其物理结构,还涉及到对反应过程的精细调控。通过高级流体动力学模拟(如计算流体动力学,CFD),可以详细分析SCR反应器内的流场分布,识别可能存在的死区或湍流区域,这些区域可能影响催化剂的使用效率和脱硝效果。基于这些分析,可以设计出更加合理的反应器内部结构,如引入特定形状的导流板,以优化气体流动和提高催化剂接触效率。除此之外,随着人工智能和大数据技术的发展,可以通过智能化的方式对SCR系统进行实时监控和调整。例如,通过安装传感器收集运行数据,并利用机器学习算法对数据进行分析,可以实时调整SCR反应器的运行参数(如氨水喷射量、反应温度等),以应对烟气成分和流量的变化,确保脱硝效率始终处于最优状态。

2.2脱硝塔的设计

中小型碱回收炉脱硝塔根据烟气量采用单塔多级或者多塔多级设计,根据目前已经有的成熟催化剂成型工艺情况下,催化剂成型的大小基本固定。这样,小的烟气量的碱回收炉采用单塔就能满足要求。多级脱硝塔是为了提高烟气在催化剂中的停留时间,使反应更充分,降低氨逃逸量。采用模块化多级设计,也方便催化剂的后期更换与维护。多塔多级设计的原因,一方面是因为烟气量较大,在不改变催化剂成型大小的情况下的设计,另一方面可提供了催化剂异常情况下的,不停机进行在线处理的一种方法,不会对运行的碱回收炉造成影响,可以极大提高浆产量的稳定性。脱硝塔多塔多级设计。虽然烟气在入塔前已经进行了除尘处理,但烟尘中仍有粉尘。随着时间的积累,在催化剂的表面或者因电除尘的突然异常、粉尘突然上升等情况时有发生,因此还需要对入塔后的烟气有除尘设计。

2.3设备选型与布置

SDS脱硫脱硝技术在焦炉余热回收中的应用,除了工艺流程优化外,还需要重点关注设备选型与布置。第一,SDS反应器作为核心设备,其材质和尺寸的选择尤为关键。考虑到焦炉煤气的高温腐蚀特性,反应器内衬通常采用耐火浇注料或陶瓷耐磨材料,以延长设备的使用寿命。同时,反应器截面积和高度需根据烟气量和气固比等参数进行精确设计,以保证烟气与吸收剂的充分接触。第二,烟气换热器的选型需兼顾传热效率和防堵性能,常用的型式有管壳式、翅片式和板式等,其中板式换热器因其紧凑高效、易清灰维护等优点,在焦炉余热回收中得到广泛应用。第三,吸收剂制备与输送系统的可靠性对SDS工艺也至关重要,需选用耐磨耐压的螺杆泵、压力分散器和雾化喷嘴等关键部件,并合理布置管路和阀门,以确保吸收剂的连续稳定供应。

2.4高能量辐射技术

作为一种较为先进的去除烟道气中硝酸盐的技术,高能量辐射技术的应用至关重要。该技术可以结合能量辐射使烟道气的成分发展变化,进而使脱硝的目标实现。在应用该技术脱硫脱硝时会渗透电子辐射和离子体等方式。具体来讲,一是应用热化学法以及氧化法。在具备力离子体源(脉冲式等)的基础上,我们能够开展烟道气的脱硝、脱硫工作。而电子辐射的应用环节需要我们借助电子加速器汽化氮化物和硫化物,并且确保电子加速器的处置环节汽化强度适宜,确保可以有效氧化,即跟外部氧气有效反应,这样才可以使硫硝酸铵生成。并且,氨气会跟煤气形成反应,最终使硝酸和硫酸。脱硫脱硝中应用高能辐射技术不但能够确保空气中直接排放烟道气,而且具备理想的节能效果。二是应用离子体法(脉冲放电等)能够推动水跟氧气反应,从而很好地分离水跟氧气,当然,要想分离氮化物和硫化物,要求大量氧化离子的支持。

2.5烟气海水脱硫技术

烟气海水脱硫技术是将海水作为脱硫剂达到烟气脱硫效果,海水中含有大量的可溶性碳酸钙和碳酸钠,可吸收中和SO2。SO2通过一次直流的方式进入吸收塔,与海水反应生成亚硫酸根离子和氢离子,后排入曝气池与空气反应释放CO2,而海水在吸收SO2后可生成硫酸盐进行排放。烟气海水脱硫系统由烟气处理系统、海水供应系统、水质恢复系统、脱硫装置、电气控制系统等组成,其中可由HDS系统发挥“热量转移”功能替代回转式GGH,通过HDS冷却器对循环水进行降温,再借助HDS再热器提高烟囱入口烟温,进一步提高烟气处理效率。

2.6催化剂的选择与布置

SCR烟气脱硝系统催化剂的选择与使用需综合考虑技术性能与经济效益。选取广泛应用于工业级SCR系统的钒基催化剂开展研究。该催化剂因适应高硫环境与具有优异的脱硝效率而被选中。设计中,催化剂布置采用了4层结构。每层催化剂面积设置为1500m2,厚度为20cm,确保足够的反应面积与气体穿透性,以实现95%以上的脱硝效率。考虑到系统长期稳定性与维护方便性,催化剂层的间距精确计算为50cm,有助于烟气均匀流过催化剂层,降低系统总压降。NH3注入系统喷嘴布置在每层催化剂上游30cm处,确保NH3与烟气充分混合,提高NOx还原效率。这样的设计可确保SCR系统既能满足高脱硝效率的需求,又能满足系统经济性与环保标准要求。

结语

综上所述,燃煤电厂锅炉烟气脱硝技术的应用对于控制氮氧化物排放、保护环境和人类健康具有重要意义。通过不断的技术研究和优化,可以有效提高脱硝效率,降低成本,推动燃煤电厂锅炉烟气脱硝技术向着更高效、更环保的方向发展。

参考文献:

[1]张迪.燃煤电厂锅炉烟气精准脱硝技术研究[J].新型工业化,2022,12(04):273-276.

[2]韩玉珍.锅炉脱硫脱硝及烟气除尘技术研究[J].能源与节能,2022(05):99-101+123.

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