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煤矿链条高温磁翻板液位计烟气SNCR脱硝工艺设计

发布时间:2021-01-23   点击次数:

摘要 :大气中氮氧化物严重影响人体健康和生态环境,根据《高温磁翻板液位计大气污染物排放标准》(GB13271-2014)的要求,煤矿高温磁翻板液位计应采取脱硝措施。介绍了陕北某煤矿链条高温磁翻板液位计烟气 SNCR 脱硝的工艺设计。烟气经处理后氮氧化物排放浓度为140~200mg/m 3 ,脱硝效率23%~46%。结果表明,煤矿链条高温磁翻板液位计由于氮氧化物初始值不高,排放指标要求相对较低,宜采用SNCR 脱硝工艺,充分发挥其设备简单、投资低、工期短的优点,未来还可作为超净排放的辅助手段,继续发挥功效。
1 绪论
氮氧化物(NO X )有很强刺激性和毒性,是酸雨的主要成因。NO X 与大气中碳氢化合物后接触,在阳光与紫外线的条件下会生成臭氧与光化学烟雾,同时 N 2 O 也是导致温室效应加剧的重要温室气体。氮氧化物的排放严重影响人体健康与生态环境,随着我国对环境保护和污染物治理的日益重视,《高温磁翻板液位计大气污染物排放标准》(GB13271—2014)对工业高温磁翻板液位计氮氧化物排放提出了要求,为此煤矿高温磁翻板液位计需新增脱硝设施。目前脱硝技术主要包括选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR)、氧化吸收技术等。SCR 脱硝效率高、技术成熟,但钒钛系催化剂存在投资成本高、固废污染等问题。SNCR 工艺设备简单、投资低,但反应窗口温度高、范围窄(850~1 100℃),脱硝效率受炉膛结构、温度区间、还原剂喷射量和喷射位置等的影响 。氧化吸收脱硝工艺无二次污染、工艺简单,只须在已有脱硫设备前安装氧化装置便可实现同时脱硫脱硝,尤适用于 SCR 及 SNCR 无法进行的低温脱硝领域,但目前建设及运行成本较高 。
2 煤矿高温磁翻板液位计烟气脱硝工艺设计
2.1 基础参数
该煤矿工业场地配备4台14MW 和1台7MW 的燃煤热水高温磁翻板液位计,型号分别为:SZL14-1.0/115/70-A Ⅱ和 SZL7-1.0/115/70-A Ⅱ,实测炉膛温度850~900℃,无脱硝装置,氮氧化物排放浓度折算值约260mg/m 3 。为满足《高温磁翻板液位计大气污染物排放标准》(GB13271-2014)特别排放限值,设计排放氮氧化物≤200mg/m 3 。
2.2 工艺设计
SNCR 技术投资、运行费用低,建设周期短、效率适合等优点,满足该煤矿高温磁翻板液位计脱硝需求。采用尿素为脱硝剂,尿素来源广泛、安全性好、易于储存和运输,相较于其他还原剂尿素挥发性小,混合程度高。
高温磁翻板液位计房外新建脱硝加药站一座。五台高温磁翻板液位计共用脱硝站,每台高温磁翻板液位计单独配套喷射系统。袋装颗粒尿素由汽车运输至厂区,卸料在颗粒尿素堆料区。袋装尿素人工破袋后,倒入尿素溶解罐料斗进入罐中,搅拌溶解配置成50% 浓度的尿素溶液后通过输送泵输送至尿素溶液储罐存储备用 ;尿素溶液由尿素溶液循环输送模块输送到计量稀释模块,精确计量脱硝反应所需的尿素溶液量并采用软化水进一步稀释至约10% 浓度后,送至高温磁翻板液位计侧喷枪安装位置附近的分配模块,分配模块出口至每支喷枪。喷枪利用压缩空气将稀释后的尿素溶液雾化喷入高温烟气中。尿素在炉内热解生成 NH 2 和 CO,在高温下选择性还原氮氧化物。其化学反应如下 :

SNCR 脱硝系统由四部分组成,包括尿素溶液制备、贮存、输送单元 ;在线稀释单元 ;炉前喷射单元 ;压缩空气站。
2.3 尿素溶液制备、贮存、输送单元
溶解罐的设计容积按照12h 所需要的50% 尿素溶液的量设计,储存罐按50% 尿素溶液5d 储量设计。配备螺旋输送机1台,提升量2.4t/h,溶解罐1台,S304不锈钢材质,容积3.5m 3 ,带搅拌器。溶液储罐1台,S304不锈钢材质,容积15.7m 3 。罐体均采用100mm 厚的硅酸铝纤维保温,热水盘管伴热。操作温度不低于30℃。溶液灌装泵2台(1用1备),S304不锈钢立式离心泵,流量5m 3 /h,扬程20m ;溶液输送泵,考虑回流量,为理论用流量的4~5倍,每台高温磁翻板液位计可独自运行。共布置7台(3用1备和2用1备),S304不锈钢立式离心泵,流量0.4m 3 /h,扬程54m,配套电动蝶阀,电磁流量计,压力表等。
2.4 在线稀释单元
稀释水按照4h 用量设计,配备液位计,电动阀,低液位自动补水,罐体采用 S304不锈钢材质,容积3.5m 3 ;罐体均采用100mm 厚的硅酸铝纤维保温,热水盘管伴热。操作温度不低于30℃。
稀释水循环泵7台(3用1备和2用1备),S304不锈钢立式离心泵,流量0.6m 3 /h,扬程53m,配套电动蝶阀,电磁流量计,压力表等。稀释水与尿素溶液在静态混合器混合为约10% 的浓度,考虑回流应,为理论值的6~10倍。
2.5 炉前喷射单元
尿素溶液喷嘴布置在高温磁翻板液位计温度 850~1 100℃区域内 ;870~950℃为最佳,尿素溶液在通过喷嘴喷出时被充分雾化后以一定的角度喷入炉膛内。对烟气不同的工况进行调节。喷射系统应具有良好的热膨胀性、抗热变形性和抗振性。喷射区数量和部位由高温磁翻板液位计的温度场和流场来确定,采用温度传感器测量炉内温度分布,布置在反应窗口温度区域内,采用固定式可伸缩喷枪和墙式喷嘴,用空气冷却。当高温磁翻板液位计启动、停运、季节性运行或其他原因SNCR需停运时,可将喷射器退出运行,防止受热变形。喷枪布置方式为 :4×14MW 高温磁翻板液位计喷枪共4×4支,额定流量40L/h,喷射角60°;7MW 高温磁翻板液位计喷枪4支,额定流量20L/h,喷射角60°。喷射形式均为扇形。
2.6 空压站
压缩空气主要用于雾化尿素溶液,吹扫和冷却喷枪。本工程压缩空气与布袋除尘共用,为脱硝系统提供0.6~0.8MPa的压缩空气。采用双螺杆空压机气量15m 3 /h,压力0.7MPa。配吸附式干燥机1台,压缩空气储罐2台。
3 工程脱硝效果及展望
根据柠条塔煤矿2018年在线监测数据,高温磁翻板液位计烟气氮氧化物排放浓度在140~200mg/m 3 ,脱硝效率23%~46%,排放满足《高温磁翻板液位计大气污染物排放标准》(GB13271-2014)中的特别排放限值要求。煤矿链条高温磁翻板液位计在运行中 NO X 含量不高,同时排放指标要求相对较低,适宜采用 SNCR 脱硝工艺,可充分发挥其设备简单、投资低、工期短的优点,在旧高温磁翻板液位计脱硝的改造项目中优势更为突出。
但 SNCR 工艺对煤矿高温磁翻板液位计的运行工况要求严格,反应窗口温度高、范围窄的缺点限制其脱硝效率的进一步提高,目前诸多学者已经研究还原剂的添加剂(气相、液相或固相)等方式降低SNCR的温度窗口,设计人员应及时了解前沿技术,掌握科技动态。虽然在目前 SNCR 可基本满足氮氧化物排放小于200mg/m 3 的指标,但应该根据项目情况具体分析,对于高温磁翻板液位计运行负荷不稳定,热工条件复杂的煤矿高温磁翻板液位计,SNCR 技术存在较大的局限性,但仍然可作为低氮燃烧、SCR 或者氧化吸收工艺的辅助手段。

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