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北極星大氣網報道:中小燃油(氣)鍋爐煙氣超低排放技術
 
    

中小燃油(氣)鍋爐煙氣超低排放技術


 2020年12月22日,北極星大氣網訊:近幾年來國家對固定污染源的污染物排放治理力度持續加大,大部分省市均已修訂出臺了更嚴格的排放標準。中小燃油(氣)鍋爐作為固定污染源其中一大類,數量多、分布面廣,其污染物排放呈現“單體排放量小但總量不小”的特點,約占固定污染源排放總量的20%,因此,需加大治理力度,各地政府和環保部門都給予了高度的重視。北京市率先采取行動,于2013年推出“2013-2017年清潔空氣行動計劃”,于2015年發布并實施北京市《鍋爐大氣污染物排放標準》(DB 11/139-2015),以獎代補的管理辦法鼓勵燃氣(油)鍋爐業主單位開展低氮改造工作,DB11/139-2015標準要求:(1)新建鍋爐NOx排放濃度≤30 mg/Nm3;(2)高污染燃料禁燃區內的在用鍋爐NOx排放濃度≤80 mg/Nm3;(3)高污染燃料禁燃區外的在用鍋爐NOx排放濃度≤150 mg/Nm3。綜合來看,相比GB 13271-2014和北京市原2007年實施的DB 11/139-2007標準,NOx排放濃度削減幅度超過60%。

緊隨其后,上海、天津、河北和浙江等省市也陸續開展對燃油(氣)鍋爐的提標改造,其中上海市要求所有登記在冊的中小燃油(氣)鍋爐需在新標準實施前完成提標改造并要求全工況下達標排放;否則,一旦在新標準實施后仍不能達標排放的企業,環保部門將處以10~100萬元(按日計罰),可見處罰力度之大。

1 我國部分省市燃油(氣)鍋爐的NOx排放標準(mg/Nm3

備注:(1)鍋爐容量<14t/h(14MW);

2)鍋爐容量>14t/h(14MW);

3)本市外環線外的其他鍋爐;

4)本市外環線內的其他鍋爐。

中小燃油(氣)鍋爐煙氣污染物主要包含氮氧化物、二氧化硫、顆粒物和黑度。對于管道天然氣、瓶組液化氣或來自正規渠道的燃油(如國五或國六柴油),正常燃燒工況下鍋爐煙氣中的二氧化硫、顆粒物和黑度均能達標排放,但氮氧化物仍達不到超低排放要求。因此必須研究出一種新型適用于中小燃油(氣)鍋爐煙氣超低排放的工藝技術路線,對中小燃油(氣)鍋爐煙氣處理技術進行升級改造,使其達到國家環保的超低排放要求。目前治理改造氮氧化物的技術路線主要有:鍋爐低氮燃燒技術、煙氣后處理等方式。

鍋爐低氮燃燒技術主要圍繞如何降低燃燒溫度、減少熱力型NOx生成開展的,同時考慮通過初期快速混合以減少快速型NOx生成。技術主要包括分級燃燒、煙氣再循環、表面燃燒、水冷預混等,燃燒器生產廠家依據上述原理生產制造出不同類型的低氮(超低氮)燃燒器。鑒于上述低氮燃燒技術本身的“天花板”問題即難以獲得超過50%的脫硝效率,因此,對于燃氣鍋爐,通過更換低氮燃燒器可將氮氧化物排放濃度控制在50 mg/Nm3以下,但并不是所有品牌的低氮燃燒器都能將氮氧化物排放濃度控制在50 mg/Nm3以下,并且在全工況下,低氮燃燒器很難持續穩定控制氮氧化物排放濃度低于30 mg/Nm3。以北京為例,鍋爐低氮改造項目按政策規定在75%及以上負荷工況下能達標即可通過驗收,但環保部門通過對鍋爐在中、小負荷工況下不同品牌低氮燃燒器的使用情況進行數輪抽檢,結果顯示氮氧化物排放情況并不理想。

對于燃油鍋爐,通過更換低氮燃燒器,理論上可使氮氧化物排放濃度降至50~80 mg/Nm3左右,實際上穩定達到50 mg/Nm3還是有困難的,至于50 mg/Nm3以下則無法實現。另外,部分鍋爐也不適用低氮燃燒器或采用某些低氮技術,如中心回燃鍋爐因爐膛短不宜更換低氮燃燒器;大噸位(>4t/h或2.8MW)鍋爐不適用全預混燃燒器等。否則極易發生安全事故。

因此,燃氣鍋爐的低排放(<30 mg/Nm3)和燃油鍋爐的達標排放(<50 mg/Nm3)通過哪種技術手段解決?更為理想的是,如既能做到達標減排又可經濟節能(余熱利用),那無疑將是最佳的技術路徑。

上海瀚昱公司通過對上海、浙江、江蘇等地的近三百臺燃油(氣)鍋爐的煙氣分析和檢測,發現燃油(氣)鍋爐的煙氣以及氮氧化物的排放有如下特點:

1、排煙溫度低,燃燒工況不穩定,燃油(氣)鍋爐分為承壓鍋爐和熱水鍋爐。熱水鍋爐排煙溫度較低,都在140℃左右,最低達120℃。近幾年隨著節能器(冷凝器)的安裝使用,承壓鍋爐的排煙溫度也普遍降至170℃以下,煙氣余熱得到較好的回收利用,同時也滿足運行工況性能考核指標(排煙溫度)要求。

2、進口鍋爐的燃燒工況比國產鍋爐好,能效高,但爐膛較短。

3、燃氣鍋爐煙氣中的氧含量通常比燃油鍋爐的低。

4、氮氧化物濃度波動大,管道天然氣為燃料的燃氣鍋爐的NOx約100~150 mg/Nm3;使用國五或國六柴油的燃油鍋爐的NOx約在200 mg/Nm3,實際檢測中最高值達到480 mg/Nm3;瓶(裝)組液化氣為燃料的燃氣鍋爐介于前二者之間,約為120~180mg/Nm3。

針對燃油(氣)鍋爐的煙氣以及氮氧化物的排放特點,低氮燃燒器無法解決燃氣鍋爐的低排放(<30 mg/Nm3)和燃油鍋爐的達標排放(<50 mg/Nm3)問題,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。

SCR脫硝技術按溫度區間可分為中高溫(300~420℃)、中低溫(220~280℃)、低溫(120~260℃)等幾種。根據燃油(氣)鍋爐的排煙溫度,中高溫和中低溫SCR技術需將煙氣升溫至所需反應溫度,將是耗能減排的方式,運行成本高,非常不經濟,因此不建議采用。而低溫SCR技術則吻合鍋爐的煙氣條件,利用鍋爐的余熱在催化劑的作用下還原煙氣中的氮氧化物,能真正做到節能型減排,是理想的鍋爐低氮改造技術路線。但要在煙氣溫度低至120℃的條件下,保證脫硝效果并穩定達標排放,對低溫SCR脫硝技術的要求非常高,難度相當大。國內外鮮有對低溫SCR技術在120~150℃煙溫長期運行的報道,也從另一方面說明該技術的研發難度之高。

SCR脫硝技術的核心是催化劑,催化劑性能的好壞直接關系到脫硝項目的成功與否。在120℃煙氣條件下,傳統的釩鈦系催化劑已基本喪失活性,已無法通過傳統催化劑的作用使煙氣中的氮氧化物還原成N2+H2O。要解決這一難題,必須要在催化劑的研發上有創新性的技術突破。

1 不同結構型式的低溫脫硝催化劑

上海瀚昱環保材料有限公司研發團隊通過十多年的技術攻關,成功解決了120℃煙氣條件下催化劑的活性問題和抗中毒問題,研發團隊在劉教授的帶領下從低溫催化劑的微觀量子結構出發,提出新型的活性體系,打破傳統觀念束縛,并建立全新的酸性位與活性位的結構,獲得很高的低溫活性與優異的抗硫中毒及抗堿(土)金屬能力,開創性地研發出“低溫脫硝催化劑”、“高-低溫脫硝催化劑”、“脫二噁英協同低溫脫硝催化劑”等重要科技成果,并獲得“2019年上海市科技進步二等獎”。所研發生產的低溫SCR脫硝催化劑已用于120~260℃煙氣低溫脫硝工程項目一百多項,效率可達到90%~99%,并在燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐、鋼鐵焦爐、球團、生物質焚燒爐、垃圾焚燒爐、炭黑爐、玻璃窯爐等諸多低溫脫硝領域取得了很好的業績,脫硝效果得到用戶充分肯定與認可。

2018年上海市出臺《關于加快推進本市中小鍋爐提標改造的實施意見》以來,上海市能效中心和上海市節能減排中心等部門對改造服務、第三方檢測服務機構進行了嚴格篩選,上海瀚昱環保材料有限公司憑借雄厚的技術實力、豐富的業績,成功入圍。

上海瀚昱環保材料有限公司作為扎根于上海的國家級高新技術企業,理應把先進的技術服務于上海,所以自改造伊始就積極參與上海市的中小鍋爐提標改造工作,截止2020年12月,上海市范圍內已用上海瀚昱環保材料有限公司超低溫SCR脫硝技術的鍋爐已有一百多臺,使用效果特別好、非常穩定,用戶非常滿意。所有項目均通過環保部門組織的抽檢和驗收,合格率為100%,受到多個區環保部門的表揚。解決了低氮燃燒器技術無法解決的鍋爐氮氧化物超低排放問題,如燃油鍋爐、大噸位的燃氣鍋爐以及一些進口的鍋爐面臨的氮氧化物超低排放問題。至今,第一臺中小鍋爐(上海虹橋藥業有限公司)完成脫硝改造已有三年多時間,經多次檢測NOx均小于30 mg/Nm3,運行一直很穩定。

上海瀚昱環保材料有限公司在中小型燃油、燃氣鍋爐低氮改造中采用的技術為“低溫SCR脫硝技術”。其工藝技術路線如下:在鍋爐尾部排煙囪段,將煙囪切斷,插入一段截面積放大的SCR脫硝反應器,反應器內部裝填低溫型SCR催化劑。反應器入口與鍋爐出口之間的煙囪處安裝氨水霧化噴嘴,將稀氨水(或氨氣)通過噴射泵和管路系統傳輸到噴嘴處,氨水經霧化后噴入煙囪,在催化劑表面發生SCR反應,使氮氧化物還原成氮氣和水。該工藝技術設備占地小,操作簡便,節能,安全性高,效果穩定,具備極高的脫硝效率,可無限接近近“零”排放,值得全國推廣。因此,如日后國家或者地方提高氮氧化物排放標準,只需升級現有脫硝系統,無需進行重復改造,為企業節約成本。另外,反應裝置利用即將排入大氣的煙氣余熱促進SCR脫硝反應完成,不需要再加熱煙氣就能達標,真正做到了節能型減排。

在改造過程中,上海瀚昱公司充分考慮客戶的需求,同時結合鍋爐本體的燃燒工況,以及現場場地情況,技術方案量身定制,個性化設計。典型的技術和施工工藝有以下幾種:

一、燃油鍋爐的超低排放技術方案

上海市空間推進所有四臺燃油鍋爐(兩臺8 t/h和兩臺4 t/h),因單位控制總量排放,要求改造后出口NOx<30 mg/Nm3,經檢測初始氮氧化物濃度分別為196 mg/Nm3、220 mg/Nm3、171 mg/Nm3、206 mg/Nm3,要求脫硝效率>83%。經過精心設計、精細施工,取得了理想的運行效果,出口均在NOx<30 mg/Nm3以下,得到業主的肯定,受到環保部門的表揚并已通過兩輪環保部門的抽檢。

二、多臺鍋爐共用一個脫硝系統。有的企業有多臺鍋爐,在條件具備 的情況下,采用瀚昱SCR低溫脫硝技術完全可以將鍋爐煙氣合并后共用一個脫硝系統,在達標排放的同時,也為企業節省了改造費用。如上海健生教育活動中心兩臺0.5 t/h鍋爐,將煙氣合并后共用一個脫硝系統,運性后經檢測,出口氮氧化物濃度穩定在<30 mg/Nm3,效果非常令人滿意。


2 上海健生活動中心鍋爐脫硝改造項目現場圖

三、還原劑為尿素的工藝路線。有的企業因自身的需要或者周圍環境的限制,不允許使用有刺激性氣味的低濃度氨水作為還原劑。上海瀚昱公司充分考慮到了這一點,以無色無味的尿素溶液作為還原劑代替氨水,在脫硝工藝系統中加裝熱解罐,使尿素溶液在熱解罐中發生熱解反應后生成氨氣,再送入脫硝反應器。該工藝實際進入脫硝反應器參與反應的還是尿素分解后的氨氣,因此也具備以氨水為還原劑同樣理想的脫硝效果。

3 1.5t/h蒸汽鍋爐煙氣脫硝改造工藝流程圖

從以上對各種脫硝技術的對比分析,結合中小鍋爐煙氣特性以及實際應用經驗,可以得出結論:低溫SCR脫硝技術是最適合于中小鍋爐煙氣特性的脫硝技術,特別是燃油鍋爐和大噸位(>4 t/h或2.8 MW)的鍋爐,而低溫催化劑是低溫SCR脫硝技術的核心。上海瀚昱公司研發的低溫催化劑在低溫下具有可靠的選擇性催化還原活性和超強的抗中毒能力,完全能滿足中小燃油(氣)鍋爐煙氣超低排放的需要。

目前,全國各地已將陸續開展中小型鍋爐超低排放改造工作,上海瀚昱公司將以專業可靠的精神、積極誠懇的態度為客戶提供優質服務,使瀚昱先進的脫硝技術惠及萬千客戶!


      原文網址:http://huanbao.bjx.com.cn/news/20201222/1124197.shtml

 
發布時間:2021/1/4 21:37:29    被閱覽數: 651 次  [ 打印本頁 ]    [ 關閉窗口 ]