氣相COA脫硝在兗礦新疆煤化工有限公司鍋爐煙氣達(dá)標(biāo)排放中的應(yīng)用

常淑華，尤加強(qiáng)，吳 章，孫清濤

(兗礦新疆煤化工有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

1 概 況

兗礦新疆煤化工有限公司3×220 t/h煤粉鍋爐煙氣脫硫脫硝除塵采用循環(huán)流化床干法脫硫除塵一體化(LJD)+低溫循環(huán)氧化吸收(Circulating Oxidation and Absorption，COA)液相脫硝技術(shù)，爐內(nèi)配置低氮燃燒+選擇性非催化還原(LNB+SNCR) 脫硝技術(shù)。煙氣經(jīng)過(LNB+SNCR)脫硝后NOx質(zhì)量濃度可控制在200 mg/m3以內(nèi)，再經(jīng)過爐后循環(huán)流化床干法脫硫的COA(液相)協(xié)同脫硝裝置后，NOx質(zhì)量濃度小于100 mg/m3。SO2和煙塵質(zhì)量濃度均達(dá)到了超潔凈排放要求，NOx質(zhì)量濃度沒有達(dá)到超潔凈排放要求。通過進(jìn)一步升級提效，采用氣相COA脫硝技術(shù)，使煙氣NOx質(zhì)量濃度小于50 mg/m3，實(shí)現(xiàn)環(huán)保指標(biāo)超潔凈排放的目標(biāo)，即大氣污染物排放質(zhì)量濃度達(dá)到：NOx小于50 mg/m3，SO2小于35 mg/m3，煙塵小于10 mg/m3。

2 改造狀況

2.1 (LNB+SNCR)脫硝

2014年9月，對3×220t/h煤粉鍋爐進(jìn)行了脫硝改造。脫硝工藝采用成熟可靠的(LNB+SNCR)煙氣脫硝技術(shù)。鍋爐實(shí)際原始煙氣NOx排放質(zhì)量濃度高達(dá)600～700 mg/m3，經(jīng)過(LNB+SNCR)脫硝后，NOx質(zhì)量濃度控制在200 mg/m3以內(nèi)，2015年7月投入使用，運(yùn)行正常。

2.2 干法脫硫脫硝除塵一體化設(shè)施

2015年4月，進(jìn)行“干法脫硫脫硝除塵一體化設(shè)施”改造項(xiàng)目。煙氣脫硫脫硝除塵采用(LJD+COA)脫硝技術(shù)，2015年11月投入使用后，SO2質(zhì)量濃度不大于35 mg/m3，煙塵質(zhì)量濃度不大于10 mg/m3，NOx質(zhì)量濃度不大于100 mg/m3，運(yùn)行正常。

2.3 氣相COA脫硝

2018年4月，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，對3×220 t/h鍋爐實(shí)施進(jìn)一步的煙氣脫硝改造。工藝路線采用福建龍凈的循環(huán)氧化吸收(氣相COA)脫硝工藝，采用氣相氧化劑。2018年12月投入使用后，NOx質(zhì)量濃度不大于50 mg/m3，運(yùn)行正常。

3 氣相COA脫硝技術(shù)

3.1 工藝原理

低溫循環(huán)氧化吸收(COA)脫硝工藝，是在循環(huán)流化床干法脫硫裝置的基礎(chǔ)上，協(xié)同的低溫脫硝工藝。

煙氣中氮氧化物主要為NO。NO難溶于水，難以被吸收反應(yīng)。COA脫硝技術(shù)的基本原理是，通過額外添加的脫硝劑的氧化作用，將煙氣中難溶于水的NO轉(zhuǎn)化為高價(jià)態(tài)易溶于水的NOx，再以循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)激烈湍動(dòng)、擁有巨大表面積的吸附劑顆粒作為載體，使高價(jià)NOx與鈣基吸收劑快速反應(yīng)后脫除，完成脫硝過程。

本項(xiàng)目COA擬采用氣相脫硝劑，是以臭氧為主的高效氧化劑。臭氧是最強(qiáng)氧化劑之一，高效轉(zhuǎn)化NO至高價(jià)態(tài)的過程中不遺留任何二次污染物，見式(1)～(4)。

NO+O3→NO2+O2

(1)

NO2+O3→NO3+O2

(2)

NO3+NO2→N2O5

(3)

3NO2+ H2O+Ca(OH)2→Ca(NO3)2

(4)

3.2 工藝流程

氣相COA工藝流程由氧氣源供應(yīng)及補(bǔ)氮系統(tǒng)、氧化劑制備系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氧化劑/煙氣混合均布系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)及電氣儀控系統(tǒng)等組成，如圖1。

圖1 氣相COA工藝流程

3.3 脫硝技術(shù)特點(diǎn)

(1)更強(qiáng)氧化，更快氧化，脫硝效率最高可達(dá)80%以上；

(2)對脫硝溫度、粉塵等沒有限制，工況適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)鍋爐負(fù)荷范圍：30%～110%，可滿足鍋爐出溫度在80～200 ℃以內(nèi)使用；

(3)系統(tǒng)簡結(jié)，運(yùn)行可靠；

(4)輔助脫除重金屬(特別是汞)及二噁英等污染物。

3.4 脫硝效果

煤粉鍋爐煙氣經(jīng)LNB+SNCR、COA(液相)脫硝和COA(氣相)脫硝前后效果對比見表1。

表1 氣相COA脫硝前后NOx質(zhì)量濃度對比

3.5 運(yùn)行成本估算

氣相COA脫硝時(shí)，NOx質(zhì)量濃度由200 mg/m3脫除到 50 mg/m3，原 COA (液相)僅作為應(yīng)急安保設(shè)施。

氣相COA脫硝主要耗氧氣、電以及循環(huán)水、人工等費(fèi)用，運(yùn)行模式3臺(tái)爐2開1備，氧耗量2臺(tái)×525m3/h、單價(jià)0.55元/m3、年運(yùn)行以8 000 h計(jì)，則年運(yùn)行 耗氧氣費(fèi)用：2臺(tái)×525 m3/h ×0.55元/m3×8000h=462萬元；電耗按2臺(tái)×600kW·h、單價(jià)0.36元計(jì)，則年運(yùn)行電耗費(fèi)用：2臺(tái)×600 kW·h×0.36元×8000h=345.6萬元。由此估算氣相COA脫硝運(yùn)行成本約(2臺(tái)爐)：462萬元+345.6萬元=807.6萬元。

由運(yùn)行成本對比可知，氣相COA脫硝的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)超現(xiàn)有COA(液相)脫硝，因此應(yīng)最大限度利用氣相COA脫硝。

但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，若單純依靠氣相COA實(shí)現(xiàn)200 mg/m3脫除至50 mg/m3以下，不僅要大幅增加氧化劑和NO的摩爾比，而且穩(wěn)定性不夠，無法保證全工況達(dá)標(biāo)排放，尤其是當(dāng)前端的低氮和SNCR裝置出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)。氣相COA和COA(液相)組合，才是最穩(wěn)妥、可靠的運(yùn)行模式。

綜上所述，氣相COA和COA(液相)組合兼顧了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠穩(wěn)定性。發(fā)生器按照滿足脫硫入口平均NOx質(zhì)量濃度180 mg/m3直接脫除至50 mg/m3以下進(jìn)行選型，為氣相COA脫硝留有足夠拓展余量。即后期實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)前端鍋爐段低氮燃燒和SNCR脫硝穩(wěn)定，脫硫入口NOx質(zhì)量濃度低于180 mg/m3甚至接近于150 mg/m3時(shí)，只開啟氣相COA即可滿足達(dá)標(biāo)排放；而脫硫入口NOx質(zhì)量濃度較高時(shí)，也可以最大限度的利用氣相COA脫硝，減少液相COA脫硝投用率，在保證排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，做到運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

4 結(jié) 論

綜上所述，在循環(huán)流化床干法脫硫裝置的基礎(chǔ)上采用氣相COA脫硝技術(shù)后，3×220 t/h煤粉鍋爐煙氣NOx質(zhì)量濃度小50 mg/m3，達(dá)到環(huán)保超潔凈排放的指標(biāo)，即大氣污染物排放質(zhì)量濃度達(dá)到：NOx小于50 mg/m3，SO2小于35 mg/m3，煙塵小于10 mg/m3。同時(shí)降低了環(huán)保運(yùn)行成本，在煤粉鍋爐煙氣治理中采用(LNB+SNCR)、液相COA、氣相COA脫硝組合工藝，取得了很好的應(yīng)用效果。