【正文】 快速型 NOx 的生成機(jī)理 快速型 NOx 主要是指燃料中的碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高區(qū)域燃燒時(shí)所產(chǎn)生的烴與燃燒空氣中的 N2 分子發(fā)生反應(yīng)，形成的 CN、HCN，繼續(xù)氧化而生成的 NOx。隨著爐膛溫度的升高及煤粉細(xì)度的減小(煤粉變細(xì))，揮發(fā)分 N 的比例增大，焦炭 N 的比例減小。 燃料型 NOx 的生成機(jī)理 燃料型 NOx 的生成是燃料中的氮化合物在燃燒過(guò)程中進(jìn)行熱分解，繼而進(jìn)一步氧化反應(yīng)而生成的 NOx，稱為燃料型 NOx。研究表明，在煤的燃燒過(guò)程中生成 NOx 的主要途徑有三個(gè)： (1) 熱力型 NOx，它是空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸傻?NOx。 公用工程系統(tǒng)及配套設(shè)施現(xiàn)狀 供水 熱電廠現(xiàn)有 1 條供水管線，供水管管徑為 DN400，供水能力可達(dá) 1400m3/h，供水能力能滿足熱電廠全廠最大耗水量。液氨為高壓儲(chǔ)存，氨水濃度達(dá)到 28%時(shí)，也有相當(dāng)大的儲(chǔ)存壓力，使得氨水的儲(chǔ)存系統(tǒng)變得復(fù)雜和昂貴。 還原劑特點(diǎn) 在燃煤電廠脫硝工藝中直接參加化學(xué)反應(yīng)的是還原劑氨氣。與鹵素、氧化汞、氧化銀接觸會(huì)形成對(duì)震動(dòng)敏感的化合物。氨蒸氣與空氣混合物爆炸極限 16～25%(最易引燃濃度 17%)和遇高溫(93C 以上)時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)，氨和空氣混合物達(dá)到上述濃度范圍遇明火會(huì)燃燒和爆炸，如有油類或其它可燃性物質(zhì)存在，則危險(xiǎn)性更高。 (2) 公路運(yùn)輸條件 是京建、津圍公路的必經(jīng)之路，距離京、津、唐、承均在兩小時(shí)車程之內(nèi)?？h境多山，氣溫垂直變化明顯。 2014 年 4 月 20 日，完成低氮燃燒系統(tǒng)改造及脫硝改造工程可行性研究報(bào)告的編制工作。大氣中的 NOX 和揮發(fā)性有機(jī)物達(dá)到一定濃度后，在太陽(yáng)光照射下經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)遭受損害，農(nóng)作物減產(chǎn)。 為滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，承德興隆鵬生熱電有限公司于 2013 年 1月委托河北誠(chéng)譽(yù)噴霧技術(shù)有限公司進(jìn)行興隆鵬生熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目煙氣脫硝技改項(xiàng)目的可行性研究，推薦可行的脫硝方案和工藝，確保熱電廠鍋爐煙氣脫硝技改項(xiàng)目能及時(shí)、正確地實(shí)施，為下階段工作順利開展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。(7) 與本技改項(xiàng)目研究有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用興隆熱電有限公司提供的資料及數(shù)據(jù)。 編制依據(jù)及原則 編制依據(jù) (1) 興隆鵬生熱電有限公司《興隆縣鵬生熱力有限公司熱電聯(lián)產(chǎn)脫硝技改項(xiàng)目可行性研究報(bào)告的委托》(見(jiàn)附件一)； (2) 環(huán)境保護(hù)部文件環(huán)發(fā)[2010]10 號(hào)關(guān)于發(fā)布《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》的通知； (3) 《興隆縣興隆熱力有限公司北區(qū)供熱廠建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書》 (4) 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB132232011)(2012 年 1 月 1 日起實(shí)施)； (5) 《火力發(fā)電廠可行性研究報(bào)告內(nèi)容深度規(guī)定》(DL/T53752008)； (6)《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB500492011)(2011 年 12 月 1 日起實(shí)施)； (7) 《火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)程》(DL/T52402010)； (8) 《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性非催化還原法》(HJ5632010)； (9) 《火電廠煙氣脫硝技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T2962011)； (10) 火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程，以及各專業(yè)有關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)定； (11) 中華人民共和國(guó)的有關(guān)法律、法規(guī)、部門規(guī)章及工程所在地的地方法規(guī)； (12) 現(xiàn)行有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及自治區(qū)級(jí)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范； 編制原則 根據(jù)熱電廠現(xiàn)有工藝系統(tǒng)及設(shè)備現(xiàn)狀，以及有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合煙氣脫硝改造后應(yīng)滿足的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，提出改造方案。 (5) 建設(shè)進(jìn)度 本項(xiàng)目煙氣脫硝改造計(jì)劃利用機(jī)組大、小修進(jìn)行，工期一般按 60天控制。 (4) 建設(shè)規(guī)模 電廠現(xiàn)有容量為75t/h兩臺(tái)和130t/h一臺(tái)的循環(huán)流化床鍋爐，本項(xiàng)目為 1 號(hào)～3 號(hào)鍋爐煙氣脫硝改造。 項(xiàng)目編制單位資質(zhì) 新疆電力設(shè)計(jì)院具有《質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書》、《環(huán)境管理體系認(rèn)證證書》、《職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證證書》、電力行業(yè)設(shè)計(jì)甲級(jí)、勘察綜合甲級(jí)、建筑設(shè)計(jì)甲級(jí)、工程總承包甲級(jí)、工程咨詢甲級(jí)、測(cè)繪甲級(jí)、水土保持方案編制甲級(jí)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)甲級(jí)、工程監(jiān)理甲級(jí)、勞動(dòng)安全衛(wèi)生預(yù)評(píng)價(jià)乙級(jí)，以及市政(熱力)設(shè)計(jì)乙級(jí)、環(huán)境污染防治乙級(jí)、消防設(shè)計(jì)乙級(jí)等資質(zhì)。 (6) 機(jī)組年利用小時(shí)均按 8000 小時(shí)考慮，其中一臺(tái)75t/h的為備用爐，整體運(yùn)行數(shù)據(jù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)按照一臺(tái)130t/h和一臺(tái)75t/h計(jì)算。已超出最新頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB132232013)中 100mg/Nm3 的要求。通常所說(shuō)的氮氧化物 NOx 有多種不同形式：N2O、NO、NON2ON2O4 和 N2O5，其中氮氧化物(NOX)主要是 NO 和 NO2，吸入人體可引起肺損害，甚至造成肺水腫，并對(duì)中樞神經(jīng)產(chǎn)生影響。并根據(jù)建設(shè)單位要求，對(duì)國(guó)內(nèi)脫硝工程進(jìn)行全面的調(diào)研和收集資料； 2013 年 12 月 27 日～2013 年 12 月29 日，項(xiàng)目組進(jìn)行有針對(duì)性的分析和研究，完成了本項(xiàng)目煙氣脫硝改造可行性研究報(bào)告初稿的編寫并向建設(shè)單位征求意見(jiàn)； 2013 年1 月 21～25日，與電廠相關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)交流，補(bǔ)充收集資料。 工程地質(zhì)與水文氣象 全縣年平均氣溫在 ~℃之間。 交通運(yùn)輸 (1) 鐵路運(yùn)輸條件 興隆縣交通十分便利，京承鐵路縱貫興隆全境。液態(tài)氨變氣態(tài)氨時(shí)會(huì)膨脹 850 倍，并形成氨云。與強(qiáng)氧化劑和酸劇烈反應(yīng)。尿素在運(yùn)輸、儲(chǔ)存中無(wú)需安全及危險(xiǎn)性的考量，更不須任何的緊急程序來(lái)確保安全。 在這三種還原劑原料中，最早的 SNCR 系統(tǒng)是采用液氨作為還原劑的，不管是液氨還是氨水都可以使用。 本項(xiàng)目考慮到所處區(qū)域及場(chǎng)地限制，SNCR 脫硝如采用液氨，對(duì)安全要求較高，所以建議采用氨水和尿素共用的脫硝系統(tǒng)。煤燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，這二種統(tǒng)稱為氮氧化物(NOx)，在煤燃燒過(guò)程中氮氧化物的生成量和排放量與煤的燃燒方式，特別是燃燒溫度和過(guò)量空氣系數(shù)等燃燒條件有關(guān)。 根據(jù)熱力型 NOx 的生成過(guò)程，要控制其生成，就需要降低鍋爐爐膛中燃燒溫度，并避免產(chǎn)生局部高溫區(qū)，以降低熱力型 NOx 的生成。揮發(fā)分 N 析出后仍殘留在燃料中的氮化合物，被稱為焦炭 N。煤中的 N 在燃燒過(guò)程中轉(zhuǎn)化為 NOx 的量與煤的揮發(fā)份及燃燒過(guò)量空氣系數(shù)有關(guān)，在過(guò)量空氣系數(shù)大于 1 的氧化性氣氛中，煤的揮發(fā)分越高，NOx 的生成量越多，若過(guò)量空氣系數(shù)小于 1，高揮發(fā)分燃煤的 NOx 生成量較低，其主要原因是高揮發(fā)分燃料迅速燃燒，使燃燒區(qū)域氧量降低，不利于 NOx 的生成。 現(xiàn)代低氮燃燒技術(shù)將煤質(zhì)、制粉系統(tǒng)、燃燒器、二次風(fēng)及燃盡風(fēng)等技術(shù)作為一個(gè)整體考慮，以低氮燃燒器與空氣分級(jí)為核心，在爐內(nèi)組織適宜的燃燒溫度，氣氛與停留時(shí)間，形成早期的、強(qiáng)烈的、煤粉快速著火欠氧燃燒，利用燃燒過(guò)程產(chǎn)生的氮基中間產(chǎn)物來(lái)抑制或還原已經(jīng)生成的 NOx。缺氧燃燒產(chǎn)生的煙氣再與二次風(fēng)混合，使燃料完全燃燒。 (5) 低 NOx 燃燒器 將空氣分級(jí)及燃料分級(jí)的原理應(yīng)用于燃燒器的設(shè)計(jì)，盡可能的降低著火區(qū)的氧濃度和溫度，從而達(dá)到控制 NOx 生成量的目的，這類特殊設(shè)計(jì)的燃燒器就是低 NOx 燃燒器，一般可以降低 NOx 排放濃度的 30～60%。當(dāng)氨和煙氣中 NOx 接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生下面的還原反應(yīng)： 4NH3+4NO+O2→6H2O+4N2 4NH3+2NO2+O2→6H2O+3N2 4NH3+6NO→6H2O+5N2 8NH3+6NO2→12H2O+7N2 采用該方法要解決好兩個(gè)問(wèn)題：一是氨的噴射點(diǎn)選擇，要保證在鍋爐負(fù)荷變動(dòng)的情況下，噴入的氨均能在 850～1050℃(或 900～1100℃)范圍內(nèi)與煙氣反應(yīng)。該方法能達(dá)到 60～90%的 NOx 降低率。 2) 電子束照射同時(shí)脫硫脫硝技術(shù) 電子束氨法煙氣脫硫脫硝技術(shù)(簡(jiǎn)稱 EA—FGD 技術(shù))是一種以氨作為脫硫脫硝劑，燃煤鍋爐(機(jī)組)產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵后，主要含 SONOX、NH2O。這些都是制約氨法在煙氣脫硫上推廣的因素，一直沒(méi)有被企業(yè)和環(huán)保部門完全接受。 鍋爐排放的煙氣首先經(jīng)過(guò)一級(jí)除塵，去掉 80%左右的粉塵。后者的活化電子(5～20Ev)則由脈沖流柱電暈的局部強(qiáng)電場(chǎng)加速得到。 脫硝工藝選擇的原則 根據(jù)以上對(duì)脫硝工藝的簡(jiǎn)要介紹，本項(xiàng)目控制 NOx 排放有很多種方法，各種脫硝工藝項(xiàng)目投資和脫硝效率各不相同，選擇何種脫硝工藝一般可根據(jù)以下幾個(gè)方面綜合考慮： (1) NOx 排放濃度必須滿足國(guó)家最新排放標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)卣畬?duì)環(huán)保的要求。 (9) 脫硝裝置對(duì)電廠鍋爐運(yùn)行的影響最小。 本項(xiàng)目從國(guó)家脫硝技術(shù)路線看，需要采用選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)或 SNCR－SCR 聯(lián)合脫硝技術(shù)。實(shí)驗(yàn)研究表明：停留時(shí)間從 100ms 增加到 500ms，NOx 最大還原率從 70%上升到了 93%左右。國(guó)外的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，應(yīng)用于大型電站鍋爐的 SNCR 的 NOx 還原率只有 40%。根據(jù)規(guī)范要求，本項(xiàng)目鍋爐采用 SNCR 工藝所能達(dá)到的目標(biāo)脫硝效率定為 80%左右為宜。另外，較高的氨逃逸還可能使飛灰中的氨濃度超過(guò)使用限制。噴嘴布置在爐膛和旋風(fēng)分離器之間的煙道。根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況和 NOx 排放情況，還原劑溶液和稀釋水在劑量混合系統(tǒng)中在線配制成所需的噴射濃度，然后該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各噴射點(diǎn)的還原劑分配。 輸送泵(一用一備)在 14bar 壓力下由尿素溶解罐向還原劑儲(chǔ)罐輸送配置好的還原劑。流量余量大于 10%，壓頭大于 20%。爐前壓縮空氣總管上設(shè)有流量壓力測(cè)量，分幾路通到各噴射點(diǎn)，每個(gè)噴射點(diǎn)的霧化壓縮空氣總管設(shè)有壓力調(diào)節(jié)、壓力測(cè)量、流量測(cè)量，再通往各個(gè)噴槍。 主要設(shè)備表 SNCR 系統(tǒng)主要設(shè)備表，見(jiàn)表 表 SNCR 系統(tǒng)主要設(shè)備表序號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量 一、尿素溶解系統(tǒng)1尿素溶解罐5m3套12化工輸送泵DN6550 臺(tái)13壓力表 防爆臺(tái)14攪拌機(jī)臺(tái)15溫度變送器0~100℃ 法蘭 耐磨 臺(tái)16液位計(jì)壓力式，帶信號(hào)輸出臺(tái)17加熱裝置——套18配套管路、閥門多種型號(hào)套1二、還原劑儲(chǔ)存系統(tǒng)1還原劑儲(chǔ)存罐30m179。 SCNR 反應(yīng)區(qū)內(nèi)每臺(tái)鍋爐各設(shè)置一段 MCC，為 SNCR 反應(yīng)區(qū)內(nèi)低壓負(fù)荷提供電源，電源采用雙電源進(jìn)線方式(采用自動(dòng)切換)。 電纜設(shè)施采用架空橋架敷設(shè)和地下溝道敷設(shè)相結(jié)合的方式，電纜選用阻燃型電纜。 還原劑控制系統(tǒng) 本項(xiàng)目 1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)爐采用還原劑脫硝，設(shè)一套還原劑控制系統(tǒng)。這個(gè)限值水平可以預(yù)先選定作為主控制器的設(shè)定點(diǎn)。 脫硝與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口 本期工程脫硝至電網(wǎng)中調(diào)的數(shù)據(jù)通過(guò)主廠房 DCS 以通訊的形式傳至電氣網(wǎng)繼系統(tǒng)，通過(guò)電氣網(wǎng)繼系統(tǒng)傳至電網(wǎng)中調(diào)。 控制系統(tǒng)要求安全可靠、技術(shù)先進(jìn)，有良好的使用經(jīng)驗(yàn)，滿足工藝過(guò)程的操作要求，實(shí)現(xiàn)工藝裝置、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)等控制、管理、經(jīng)營(yíng)一體化，并實(shí)現(xiàn)集中操作管理，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化管理和優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度建立基礎(chǔ)。脫硝系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)序號(hào) 項(xiàng)目單位數(shù)值 1 脫硝裝置規(guī)模t/h 1*1302*75 2 耗煤量t/h 302*17 3 處理煙氣量Nm3/h 190000 2*160000 4 脫硝效率 ≥% 75 75 5 脫硝入口煙氣溫度℃830～900 6 出口NOx排放濃度mg/Nm ≤100 7 氨逃逸率mg/Nm ≤8 8 NH3/NOx的摩爾比/≤ 9還原劑溶液濃度%尿素40氨水202510還原劑噴射濃度%尿素1020氨水815 11還原劑溶液耗量 kg/h 尿素氨水 12耗水量 t/h 尿素氨水 13壓縮空氣M3/min尿素35氨水35 14電耗kW/y500006 環(huán)境保護(hù) 設(shè)計(jì)依據(jù)及采用的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)依據(jù) (1) 《火力發(fā)電廠環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定》 (DLGJ10291)； (2) 《火力發(fā)電廠可行性研究報(bào)告內(nèi)容深度規(guī)定》(DL/T53752008)； (3) 《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB500492011)； (4) 《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性非非催化還原法》(HJ5632010)； (5) 《火電廠煙氣脫硝技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T2962011)。N2 無(wú)毒、無(wú)害，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何影響。 本期工程擬采用的噪聲防治措施如下：在主要設(shè)備訂貨時(shí)向制造廠家提出噪聲控制要求，以及在設(shè)計(jì)安裝時(shí)對(duì)噪聲源較強(qiáng)的設(shè)備采用減振、防振等措施從聲源上控制噪聲水平?？傮w而言，本期工程的實(shí)施對(duì)區(qū)域環(huán)境有較好的改善效果。鑒于我國(guó)的能源消耗量今后將隨將對(duì)我國(guó)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。光化學(xué)煙霧對(duì)生物有嚴(yán)重的危害，如1952 年發(fā)生在美國(guó)洛杉磯的光化學(xué)煙霧事件致使大批居民發(fā)生眼睛紅腫、咳嗽、喉痛、皮膚潮紅等癥狀，嚴(yán)重者心肺衰竭，有幾百名老人因此死亡