哈密燃機焦爐煤氣發電煙氣脫硝技術探討
摘要：介紹了哈密燃機項目燃氣鍋爐的應用情況,說明了焦爐煤氣燃燒過程中NOx的排放情況和生成機理,闡述了燃氣鍋爐脫硝工藝及脫硝劑的選擇方法,為焦爐煤氣發電鍋爐脫硝方案的選擇提供了參考。
1概述
新疆哈密某產業聚集園區內，已建及在建有多個褐煤提質改性項目。其主要工藝方案均為在隔絕空氣(或在非氧化氣氛)條件下將褐煤進行加熱，使其在不同的溫度下發生一系列物理變化和化學反應，最終得到固體(蘭炭)、液體(煤焦油)和氣體(尾氣)等產品。蘭炭、煤焦油為其主要產品.可作為化工原料.而焦爐尾氣則可作為燃料。目前各化工項目所產生的尾氣有的完全排放，有的僅利用其一小部分用于自備的500kW級小發電機組，能源浪費情況非常嚴重。為此，哈密燃機項目將產業聚集園區內各蘭炭廠所產生的煤氣統一收集，興建大型尾氣發電項目，以形成完整的煤化工產業鏈，實現資源的綜合利用。本項目建成投運后.收集的荒煤氣經凈化處理后污染物大大降低，煙氣中所含的少量大氣污染物通過點源排放，可較大幅度減輕對環境的污染。
2焦爐煤氣鍋爐簡介
哈密燃機項目一期裝機規模為：2套9E等級燃氣一蒸汽聯合循環發電機組+1臺200t/h燃氣鍋爐。本文主要對燃氣鍋爐發電部分進行介紹。本工程以煤化工尾氣為燃料，荒煤氣經由管道收集后輸送至煤氣處理站，煤化工尾氣依次經由電捕焦油器和TSA凈化單元將尾氣中的焦油、粉塵、H，S、萘等去除后，進入燃氣鍋爐燃燒后經煙囪排放。
燃氣鍋爐型號NG一200/6.2一Q，為杭州鍋爐集團股份有限公司生產的單鍋筒、自然循環、集中下降管、倒“U”型布置的煤氣鍋爐，采用全膜式水冷壁，爐頂、水平煙道及轉向室設頂棚過熱器和包墻過熱器，尾部豎井煙道中布置省煤器、空氣預熱器。鍋爐額定蒸發量為200t/h，鍋爐保證設計熱效率90.5%。鍋爐采用雙旋流煤氣燃燒器，煤氣燃燒器分層布置在鍋爐爐膛下部燃燒器前墻上，鍋爐負荷在50%～100%范圍內進行調節，并保證蒸汽參數、煤氣燃燒器兩層標高分別為6000mm、8000mm。前墻每層各布置3只凈煤氣燃燒器，共6只。下層每只煤氣燃燒器布置有1支點火氣槍和1支高能點火槍。
本鍋爐的設計燃料為100%煤化工凈煤氣，點火啟動均用凈煤氣。凈化后的焦爐煤氣主要成分如表1所示。
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焦爐煤氣的各項指標為：壓力約5kPa：溫度約5O℃;煤氣低熱值7025kJ/m(標準狀況下的干煤氣，以下同);煤氣濕度為水分飽和狀態;主要雜質及其含量見表2。
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本項目的燃燒器采用杭鍋集團白有的低氮燃燒技術。燃燒器面板如圖1所示。
3煙氣脫硝裝置工藝選擇
3.1焦爐煤氣鍋爐NOx產生機理
由于焦爐煤氣中有機氮含量極少，因此焦爐煤氣燃燒產生的NOx中95%是溫度熱力型，只有小部分快速型NOx，燃料型NOx幾乎為零。熱力型NOx源于燃燒過程中空氣中的氮氣被氧化成NO.它主要產生于溫度高于1500℃的高溫區。熱力型NOx的濃度隨溫度和氧濃度的增大而增大。本鍋爐采用了低氮燃燒技術來降低燃燒過程中生成的NOxC。然而實際中通過采用低氮燃燒技術降低NOx的效果有限.采用低氮燃燒技術后本鍋爐排放的煙氣中NOx濃度保證值為低于200mg/Nm。2014年國家發改委、環保局和能源局共同發布的《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》(發改能源[2014]2093號文)，為滿足“超凈排放”要求，本工程環境影響報告書要求燃氣鍋爐煙氣中氮氧化物排放濃度不大于100mg/Nm，為了達到環評報告中的NOx排放值，燃氣鍋爐必須安裝煙氣脫硝裝置，進一步降低煙氣中NOx的排放濃度。
3.2低NOx排放控制技術
目前控制煙氣NOx排放的措施大致分為3類：一類是低NOx燃燒技術，其技術的主要特征是采用燃燒優化、空氣和燃料的分級燃燒、煙氣再循環以及低NOx燃燒器等多種型式，控制燃燒區域的溫度、過剩空氣量及燃料量，抑制或還原燃燒過程中生成的NOx，從而降低NOx排放，該技術措施一般可以降低NOx排放濃度的30%～60%：另一類是煙氣凈化技術，最為典型的煙氣凈化是選擇性催化劑脫硝法(即SCR)，其脫硝效率可達80%～90%;第三類是爐膛噴射脫硝技術(即SNCR)，其技術的主要特征是在爐膛上部的某一特定區域噴射還原劑，使其在一定的溫度條件下還原已生成的NOx，較典型的噴射物質是爐膛噴氨.氨與煙氣中的NOx在950～1050℃這一狹窄的溫度范圍內發生反應，生成氮氣和水，NOx降低率一般為30%70%，該技術投資少，運行費用也低J。
如何選擇適合于本工程的脫硝T藝，應主要從以下幾個方面綜合考慮：
(1)NOx排放濃度和排放量必須滿足排放標準及有關環境保護的要求：
(2)脫硝工藝要適用于本工程已確定的燃料條件，并考慮燃料來源的變化可能性;
(3)脫硝丁藝技術成熟、設備運行可靠，并有較多成功的運行業績：
(4)脫硝裝置占地面積小，投資費用省;
(5)脫硝劑要有穩定可靠的來源：
(6)運行、檢修和維護費用小。
根據以上的原則，本工程燃氣鍋爐所用的燃燒器已采取低NOx燃燒技術，同時采用選擇性非催化還原法(SNCR)。
3.3SNCR工藝原理
SNCR脫除NOx技術是把含有NHx基的還原劑噴人溫度為950～1050℃的爐膛區域，與NOx發生還原反應生成N2和H2O。
還原NOx的主要方程式為：
2NO2+4NH3+02=3N2+6H20
因為煙氣中95%的NOx是以NO形式存在，
所以第一個反應是主要的.在沒有催化劑存在的情況下.這個反應在950—1050℃溫度范圍內進行。為了滿足脫硝溫度窗口，本項目在爐膛頂部預留SNCR噴口的接口，此處溫度正好在SNCR溫度窗口范圍。
3.4脫硝劑的選擇
在SNCR系統中.通過氨和煙氣中的NOx反應來達到脫硝的目的。穩定、可靠的氨系統才能保證SNCR系統的良好運行。
制氨一般有3種方法：尿素法，純氨法，氨水法。
(1)尿素法：典型的用尿素制氨的方法有AOD(Ammoniaondemand，即需制氨法)法。
干尿素直接從貯倉送人混合罐，尿素在混合罐中加水攪拌，確保尿素的完全溶解，然后用循環泵將溶液抽出來，這個過程不斷重復，以維持尿素溶液儲罐的液位。從儲罐里出來的溶液在進入水解槽之前要過濾，在水解槽中，尿素溶液首先通過蒸汽預熱器加熱到反應溫度，然后尿素溶液與水反應生成氨和二氧化碳。反應式如下：
NH2CONH2+H20=2NH3+CO2
(2)氨水制氨法：通常是用25%的氨水溶液，將其置于儲罐中，然后通過加熱裝置使其蒸發，形成氨氣和水蒸汽。氨水制氨可以采用接觸式蒸發器法和噴淋式蒸發器法。
(3)純氨法：液氨由槽車運送到液氨貯槽。液氨貯槽輸出的液氨在氨氣蒸發器內經40'E左右的溫水蒸發為氨氣，并將氨氣加熱至常溫后，送到氨氣緩沖槽備用考慮運行安全性以及本工程現場實際情況，
本鍋爐采用尿素作為SNCR脫硝劑。項目還原劑耗量及年運行費用初步估算如表3。1臺燃氣鍋爐配套SNCR的主要設備清單見表4。
4結論
哈密燃機項目將園區煤化工企業產生的荒煤氣凈化處理后發電，是一個資源綜合利用、典型的循環經濟、余熱余壓利用項目，體現了“減量化、再利用、資源化”的基本特征，符合可持續發展理念的經濟模式.提高資源利用效率，減少廢氣排放，是實現產業園循環經濟必不可少的環節。本工程符合國務院辦公廳關于印發能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)要求，促進了煤炭清潔高效開發利用。
本文根據項目的實際情況，說明了本工程煤氣燃氣鍋爐煙氣脫硝的工藝選擇，對同類型鍋爐的煙氣脫硝工藝方案選擇具有指導意義。
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