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煤礦鏈條高溫磁翻板液位計煙氣SNCR脫硝工藝設計

發布時間:2021-01-22 17:45:23??點擊次數:632次

摘要 :大氣中氮氧化物嚴重影響人體健康和生態環境,根據《高溫磁翻板液位計大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)的要求,煤礦高溫磁翻板液位計應采取脫硝措施。介紹了陜北某煤礦鏈條高溫磁翻板液位計煙氣 SNCR 脫硝的工藝設計。煙氣經處理后氮氧化物排放濃度為140~200mg/m 3 ,脫硝效率23%~46%。結果表明,煤礦鏈條高溫磁翻板液位計由于氮氧化物初始值不高,排放指標要求相對較低,宜采用SNCR 脫硝工藝,充分發揮其設備簡單、投資低、工期短的優點,未來還可作為超凈排放的輔助手段,繼續發揮功效。
1 緒論
氮氧化物(NO X )有很強刺激性和毒性,是酸雨的主要成因。NO X 與大氣中碳氫化合物后接觸,在陽光與紫外線的條件下會生成臭氧與光化學煙霧,同時 N 2 O 也是導致溫室效應加劇的重要溫室氣體。氮氧化物的排放嚴重影響人體健康與生態環境,隨著我國對環境保護和污染物治理的日益重視,《高溫磁翻板液位計大氣污染物排放標準》(GB13271—2014)對工業高溫磁翻板液位計氮氧化物排放提出了要求,為此煤礦高溫磁翻板液位計需新增脫硝設施。目前脫硝技術主要包括選擇性催化還原技術(SCR)、選擇性非催化還原技術(SNCR)、氧化吸收技術等。SCR 脫硝效率高、技術成熟,但釩鈦系催化劑存在投資成本高、固廢污染等問題。SNCR 工藝設備簡單、投資低,但反應窗口溫度高、范圍窄(850~1 100℃),脫硝效率受爐膛結構、溫度區間、還原劑噴射量和噴射位置等的影響 。氧化吸收脫硝工藝無二次污染、工藝簡單,只須在已有脫硫設備前安裝氧化裝置便可實現同時脫硫脫硝,尤適用于 SCR 及 SNCR 無法進行的低溫脫硝領域,但目前建設及運行成本較高 。
2 煤礦高溫磁翻板液位計煙氣脫硝工藝設計
2.1 基礎參數
該煤礦工業場地配備4臺14MW 和1臺7MW 的燃煤熱水高溫磁翻板液位計,型號分別為:SZL14-1.0/115/70-A Ⅱ和 SZL7-1.0/115/70-A Ⅱ,實測爐膛溫度850~900℃,無脫硝裝置,氮氧化物排放濃度折算值約260mg/m 3 。為滿足《高溫磁翻板液位計大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)特別排放限值,設計排放氮氧化物≤200mg/m 3 。
2.2 工藝設計
SNCR 技術投資、運行費用低,建設周期短、效率適合等優點,滿足該煤礦高溫磁翻板液位計脫硝需求。采用尿素為脫硝劑,尿素來源廣泛、安全性好、易于儲存和運輸,相較于其他還原劑尿素揮發性小,混合程度高。
高溫磁翻板液位計房外新建脫硝加藥站一座。五臺高溫磁翻板液位計共用脫硝站,每臺高溫磁翻板液位計單獨配套噴射系統。袋裝顆粒尿素由汽車運輸至廠區,卸料在顆粒尿素堆料區。袋裝尿素人工破袋后,倒入尿素溶解罐料斗進入罐中,攪拌溶解配置成50% 濃度的尿素溶液后通過輸送泵輸送至尿素溶液儲罐存儲備用 ;尿素溶液由尿素溶液循環輸送模塊輸送到計量稀釋模塊,精確計量脫硝反應所需的尿素溶液量并采用軟化水進一步稀釋至約10% 濃度后,送至高溫磁翻板液位計側噴槍安裝位置附近的分配模塊,分配模塊出口至每支噴槍。噴槍利用壓縮空氣將稀釋后的尿素溶液霧化噴入高溫煙氣中。尿素在爐內熱解生成 NH 2 和 CO,在高溫下選擇性還原氮氧化物。其化學反應如下 :

SNCR 脫硝系統由四部分組成,包括尿素溶液制備、貯存、輸送單元 ;在線稀釋單元 ;爐前噴射單元 ;壓縮空氣站。
2.3 尿素溶液制備、貯存、輸送單元
溶解罐的設計容積按照12h 所需要的50% 尿素溶液的量設計,儲存罐按50% 尿素溶液5d 儲量設計。配備螺旋輸送機1臺,提升量2.4t/h,溶解罐1臺,S304不銹鋼材質,容積3.5m 3 ,帶攪拌器。溶液儲罐1臺,S304不銹鋼材質,容積15.7m 3 。罐體均采用100mm 厚的硅酸鋁纖維保溫,熱水盤管伴熱。操作溫度不低于30℃。溶液灌裝泵2臺(1用1備),S304不銹鋼立式離心泵,流量5m 3 /h,揚程20m ;溶液輸送泵,考慮回流量,為理論用流量的4~5倍,每臺高溫磁翻板液位計可獨自運行。共布置7臺(3用1備和2用1備),S304不銹鋼立式離心泵,流量0.4m 3 /h,揚程54m,配套電動蝶閥,電磁流量計,壓力表等。
2.4 在線稀釋單元
稀釋水按照4h 用量設計,配備液位計,電動閥,低液位自動補水,罐體采用 S304不銹鋼材質,容積3.5m 3 ;罐體均采用100mm 厚的硅酸鋁纖維保溫,熱水盤管伴熱。操作溫度不低于30℃。
稀釋水循環泵7臺(3用1備和2用1備),S304不銹鋼立式離心泵,流量0.6m 3 /h,揚程53m,配套電動蝶閥,電磁流量計,壓力表等。稀釋水與尿素溶液在靜態混合器混合為約10% 的濃度,考慮回流應,為理論值的6~10倍。
2.5 爐前噴射單元
尿素溶液噴嘴布置在高溫磁翻板液位計溫度 850~1 100℃區域內 ;870~950℃為最佳,尿素溶液在通過噴嘴噴出時被充分霧化后以一定的角度噴入爐膛內。對煙氣不同的工況進行調節。噴射系統應具有良好的熱膨脹性、抗熱變形性和抗振性。噴射區數量和部位由高溫磁翻板液位計的溫度場和流場來確定,采用溫度傳感器測量爐內溫度分布,布置在反應窗口溫度區域內,采用固定式可伸縮噴槍和墻式噴嘴,用空氣冷卻。當高溫磁翻板液位計啟動、停運、季節性運行或其他原因SNCR需停運時,可將噴射器退出運行,防止受熱變形。噴槍布置方式為 :4×14MW 高溫磁翻板液位計噴槍共4×4支,額定流量40L/h,噴射角60°;7MW 高溫磁翻板液位計噴槍4支,額定流量20L/h,噴射角60°。噴射形式均為扇形。
2.6 空壓站
壓縮空氣主要用于霧化尿素溶液,吹掃和冷卻噴槍。本工程壓縮空氣與布袋除塵共用,為脫硝系統提供0.6~0.8MPa的壓縮空氣。采用雙螺桿空壓機氣量15m 3 /h,壓力0.7MPa。配吸附式干燥機1臺,壓縮空氣儲罐2臺。
3 工程脫硝效果及展望
根據檸條塔煤礦2018年在線監測數據,高溫磁翻板液位計煙氣氮氧化物排放濃度在140~200mg/m 3 ,脫硝效率23%~46%,排放滿足《高溫磁翻板液位計大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)中的特別排放限值要求。煤礦鏈條高溫磁翻板液位計在運行中 NO X 含量不高,同時排放指標要求相對較低,適宜采用 SNCR 脫硝工藝,可充分發揮其設備簡單、投資低、工期短的優點,在舊高溫磁翻板液位計脫硝的改造項目中優勢更為突出。
但 SNCR 工藝對煤礦高溫磁翻板液位計的運行工況要求嚴格,反應窗口溫度高、范圍窄的缺點限制其脫硝效率的進一步提高,目前諸多學者已經研究還原劑的添加劑(氣相、液相或固相)等方式降低SNCR的溫度窗口,設計人員應及時了解前沿技術,掌握科技動態。雖然在目前 SNCR 可基本滿足氮氧化物排放小于200mg/m 3 的指標,但應該根據項目情況具體分析,對于高溫磁翻板液位計運行負荷不穩定,熱工條件復雜的煤礦高溫磁翻板液位計,SNCR 技術存在較大的局限性,但仍然可作為低氮燃燒、SCR 或者氧化吸收工藝的輔助手段。

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