煤气发电两种脱硫脱硝技术的实践分析.pdf

2024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER煤气发电两种脱硫脱硝技术的实践分析郭军，胥海江，张鑫宇，祁艳莹，王欣，孟繁彬（河钢唐钢公司动力部，河北唐山 063000）【摘要】燃气锅炉在燃烧过程中会产生CO、CO2、SO2等有毒有害气体，对环境造成污染。近些年来，为提升我国生态环境建设，烟气脱硫脱硝技术得到了广泛应用。燃气锅炉脱硫脱硝技术主要有两种，分别是选择性的非催化还原法（SNCR）+固定床脱硫脱硝技术和选择性催化还原法（SCR）+小苏打干法（SDS）+布袋除尘脱硫脱硝技术，两种技术都可有效降低烟气中污染物的浓度。为确定唐钢新区目前采用的两种脱硫脱硝工艺的经济性和实用性，对两种技术生产运行成本、脱硫脱硝反应效率等进行分析对比，得出SNCR+固定床脱硫脱硝技术运行维护成本大、脱硫效率高；SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术运行维护成本低、脱硝效率高的结论。【关键词】燃气锅炉；烟气；脱硫脱硝技术【中图分类号】X773 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）01-0102-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Practical Analysis of Two Desulfurization and Denitrification Technologies for Gas Power GenerationGUO Jun,XU Haijiang,ZHANG Xinyu,QI Yanying,WANG Xin,MENG Fanbin(Power Department of HBIS Group Tangsteel Company,Tangshan,Hebei 063000,China)【Abstract】Gas boilers produce CO,CO2,SO2 and other toxic and harmful gases during the combustion process,causing pollution to the environment.In recent years,flue gas desulfurization and denitrification technology has been widely used in order to enhance the ecological environment in China.There are two main types of gas boiler desulfurization and denitrification technologies,which are SNCR+fixed bed desulfurization and denitrification technology and SCR+SDS+bag filter dust removal desulfurization and denitrification technology,both of which can effectively reduce the concentration of pollutants in the discharged flue gas.In order to determine the economy and practicability of the two desulfurization and denitrification processes currently used in Tangsteel New Area,two technologies were analyzed and compared in terms of production and operation costs,desulfurization and denitrification reaction efficiency,etc.,and it was concluded that SNCR+fixed bed desulfurization and denitrification technology has a large operation and maintenance cost with a high desulfurization efficiency.SCR+SDS+bag filter dust removal desulfurization and denitrification technology has low operation and maintenance cost with a high denitrification efficiency.【Keywords】gas boiler;flue gas;desulfurization and denitrification technology1 概述煤气的化学成分主要元素有碳、氮、硫等，燃烧过程中会产生多种危害环境的有毒有害气体，同时，还会向大气排放含有矿物质微粒的烟气，对环境造成污染。为解决该污染，脱硫脱硝技术技术开始发展、成熟，并得到了广泛应用1。唐钢新区煤气发电目前有3台燃气锅炉，分别为一期的2台260 t/h燃气锅炉和二期的1台330 t/h燃气锅炉，260 t/h燃气锅炉采用的是选择性非催化还原法（SNCR）+固定床脱硫脱硝技术，330 t/h燃气锅炉采用的是选择性催化还原法（SCR）+小苏打干法（SDS）+布袋除尘脱硫脱硝技术。为确定两种脱硫脱硝工艺的经济性和实用性，结合现场实际运行情况对两种技术进行分析比较。2 系统介绍2.1 SNCR+固定床脱硫脱硝技术260 t/h 燃气锅炉采用 SNCR+固定床脱硫脱硝技术，工艺流程图见图1，其中固定床脱硫脱硝包括干法脱硫技术和干法低温无氨催化脱硝技术，布置在高温超高压机组烟囱和烟道两侧。该烟气净化系统处理后的达标烟气，经烟囱排入大气。固态脱硝剂和固态脱硫剂一般不受烟气温度和含水量的限制和影响。SNCR脱硝技术利用还原剂高效氨氮化合物对烟气中的NOx进行选择性的非催化还原，将 NOx转化为 N22。SNCR 脱硝技术工程量小、工艺简单，只需将氨水或尿素等还原剂制备好后，喷入锅炉相应的温度区间内进行脱硝反应。2.1.1 干法脱硫技术干法脱硫技术是采用氧化催化剂将烟气中的SO2先氧化成为 SO3，然后被 Ca（OH）2吸收生成CaSO4的技术。2SO2+O2=2SO3SO3+Ca（OH）2=CaSO4+H2O该技术在工程上是采取类固定床技术（或间歇式移动床），将碱（石灰、氢氧化镁等）与催化剂的成型颗粒装于脱硫反应器中，待烟气流过时，先将其所含的SO2氧化成为SO3后，被Ca（OH）2反应固化成为CaSO4（石膏）固体。整个过程不使用水，亦不产生废水。操作控制过程简单，对于短时间内烟气条件的一些波动不敏感，几乎适于所有的烟气条件。2.1.2 干法低温无氨催化脱硝技术干法低温无氨催化脱硝技术不使用氨气，是采取催化剂脱硝而不是氧化剂化学反应脱硝的技术。2NO+O2=2NO22NO2+4CO=N2+4CO2如果烟气中没有CO或其含量不足，则NO2可以被碱吸收，反应生成NO继续重复上述氧化反应，反应式如下：3NO2+Ca（OH）2=Ca（NO3）2+NO+H2O脱硝催化剂系列为高效复合氧化催化剂，无毒无二次污染，可以在较宽和较低的温度范围内（300 以下）将NO氧化为NO2，能有效去除烟气中的NOx。过程简单操作方便，投资运行成本均较低。由于不使用氨气，无安全隐患。干法低温无氮催化脱硝对于短时间内烟气条件的一些波动不敏感，几乎适于所有的烟气条件。2.1.3 SNCR脱硝技术选择性非催化还原（SNCR）技术是在烟气温度8001 050，氧气共存条件下，向炉膛中直接加入脱硝剂，将NOx还原成N2和H2O的方法。4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O由于煤气锅炉温度分布波动较大，因此，在锅炉不同高度上布置5层共21个喷射点，通过连续检测脱硝烟气的含量和锅炉温度的变化，调整反应物的分布和使用量。2.2 SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术330 t/h燃气锅炉采用SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术，工艺流程图见图2。SDS脱硫工艺称小苏打干法脱硫工艺，采用国外先进干法脱硫钠基干法脱硫除尘一体化技术（简称钠基干法），SCR脱硝技术采用选择性催化还原技术，系统主要包括SCR反应器系统、氨混合喷射系统、氨水汽化系统和压缩空气吹扫系统3。2.2.1 SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术将 研 磨 后 粒 径 为 800 目 以 下 的 小 苏 打（NaHCO3）超细粉喷入钠基干法反应器内，NaHCO3超细粉在高温烟气的作用下分解出高活性Na2CO3和CO2，Na2CO3与烟气中的SO2及其他酸性介质充分接触后发生化学反应，被吸收净化。脱硫后的粉状颗粒产物随烟气进入布袋除尘器进行除尘，净化后烟气通过原烟囱排放。主要反应：2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO22SO2+2Na2CO3+O2=2Na2SO4+2CO2图1 SNCR+固定床脱硫脱硝系统工艺流程图图2 SCR+SDS+布袋除尘脱硫系统工艺流程图1022024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER锅炉采用的是选择性催化还原法（SCR）+小苏打干法（SDS）+布袋除尘脱硫脱硝技术。为确定两种脱硫脱硝工艺的经济性和实用性，结合现场实际运行情况对两种技术进行分析比较。2 系统介绍2.1 SNCR+固定床脱硫脱硝技术260 t/h 燃气锅炉采用 SNCR+固定床脱硫脱硝技术，工艺流程图见图1，其中固定床脱硫脱硝包括干法脱硫技术和干法低温无氨催化脱硝技术，布置在高温超高压机组烟囱和烟道两侧。该烟气净化系统处理后的达标烟气，经烟囱排入大气。固态脱硝剂和固态脱硫剂一般不受烟气温度和含水量的限制和影响。SNCR脱硝技术利用还原剂高效氨氮化合物对烟气中的NOx进行选择性的非催化还原，将 NOx转化为 N22。SNCR 脱硝技术工程量小、工艺简单，只需将氨水或尿素等还原剂制备好后，喷入锅炉相应的温度区间内进行脱硝反应。2.1.1 干法脱硫技术干法脱硫技术是采用氧化催化剂将烟气中的SO2先氧化成为 SO3，然后被 Ca（OH）2吸收生成CaSO4的技术。2SO2+O2=2SO3SO3+Ca（OH）2=CaSO4+H2O该技术在工程上是采取类固定床技术（或间歇式移动床），将碱（石灰、氢氧化镁等）与催化剂的成型颗粒装于脱硫反应器中，待烟气流过时，先将其所含的SO2氧化成为SO3后，被Ca（OH）2反应固化成为CaSO4（石膏）固体。整个过程不使用水，亦不产生废水。操作控制过程简单，对于短时间内烟气条件的一些波动不敏感，几乎适于所有的烟气条件。2.1.2 干法低温无氨催化脱硝技术干法低温无氨催化脱硝技术不使用氨气，是采取催化剂脱硝而不是氧化剂化学反应脱硝的技术。2NO+O2=2NO22NO2+4CO=N2+4CO2如果烟气中没有CO或其含量不足，则NO2可以被碱吸收，反应生成NO继续重复上述氧化反应，反应式如下：3NO2+Ca（OH）2=Ca（NO3）2+NO+H2O脱硝催化剂系列为高效复合氧化催化剂，无毒无二次污染，可以在较宽和较低的温度范围内（300 以下）将NO氧化为NO2，能有效去除烟气中的NOx。过程简单操作方便，投资运行成本均较低。由于不使用氨气，无安全隐患。干法低温无氮催化脱硝对于短时间内烟气条件的一些波动不敏感，几乎适于所有的烟气条件。2.1.3 SNCR脱硝技术选择性非催化还原（SNCR）技术是在烟气温度8001 050，氧气共存条件下，向炉膛中直接加入脱硝剂，将NOx还原成N2和H2O的方法。4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O由于煤气锅炉温度分布波动较大，因此，在锅炉不同高度上布置5层共21个喷射点，通过连续检测脱硝烟气的含量和锅炉温度的变化，调整反应物的分布和使用量。2.2 SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术330 t/h燃气锅炉采用SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术，工艺流程图见图2。SDS脱硫工艺称小苏打干法脱硫工艺，采用国外先进干法脱硫钠基干法脱硫除尘一体化技术（简称钠基干法），SCR脱硝技术采用选择性催化还原技术，系统主要包括SCR反应器系统、氨混合喷射系统、氨水汽化系统和压缩空气吹扫系统3。2.2.1 SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术将 研 磨 后 粒 径 为 800 目 以 下 的 小 苏 打（NaHCO3）超细粉喷入钠基干法反应器内，NaHCO3超细粉在高温烟气的作用下分解出高活性Na2CO3和CO2，Na2CO3与烟气中的SO2及其他酸性介质充分接触后发生化学反应，被吸收净化。脱硫后的粉状颗粒产物随烟气进入布袋除尘器进行除尘，净化后烟气通过原烟囱排放。主要反应：2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO22SO2+2Na2CO3+O2=2Na2SO4+2CO2图1 SNCR+固定床脱硫脱硝系统工艺流程图图2 SCR+SDS+布袋除尘脱硫系统工艺流程图1032024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER副反应：SO3+Na2CO3=Na2SO4+CO2由于锅炉长时间处于满负荷生产运行，因此，对布袋除尘器设计要求较高，布袋除尘器滤袋使用寿命应不低于3年，且布袋除尘器最大烟气处理能力满足锅炉最大蒸发量工况要求。2.2.2 SCR脱硝技术系统采用的选择性催化还原法（SCR）脱硝技术采用的脱硝还原剂有效成份为NH3。4NO4NH3O2=4N26H2ONONO22NH3=2N23H2O脱硝反应一般在300420 范围内进行，此时催化剂活性最大。3 项目运行成本与应用效果3.1 运行成本3.1.1 SNCR+固定床脱硫脱硝工艺煤气发电一期 260 t/h燃气锅炉固定床脱硫脱硝工艺为了保证脱硫脱硝效果和药剂的有效性，每年需要进行药剂更换，每年需要采购固定床脱硫剂2 000 t，费用大约是 1 200 万元；固定床脱硝剂 2 000 t，费用大约是3 700 万元。SNCR液态脱硝剂喷药量大约每天50 t，年费用大约是4 100 万元。3.1.2 SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝工艺煤气发电二期 330 t/h燃气锅炉脱硫脱硝工艺脱硫药剂小苏打每天大约需要消耗1.5 t，年费用大约是165 万元；脱硝剂氨水每天大约需消耗2 t，年费用大约是 100 万元。为了保证脱硫脱硝效果稳定，布袋和催化剂大约每3年进行一次更换，催化剂更换费用大约是 110 万元，布袋更换费用大约是180 万元。3.2 应用效果观察两系统 2022年 112月份实际运行情况，年度氮氧化物、二氧化硫数据汇总见图3、图4。由图3可知，煤气发电二期SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术较煤气发电一期SNCR+固定床脱硫脱硝技术具有更高的脱硝效率。通过日常运行观察，SNCR+固定床脱硫脱硝技术氮氧化物波动性较大，锅炉操作较频繁；SNCR脱硝喷药量大，机组稳定性较差。由图4可知，煤气发电一期SNCR+固定床脱硫脱硝技术具有更高的脱硫效率，但通过日常调控发现煤气发电二期SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术调控性更高，能及时通过调整碳酸氢钠的加药量控图3 氮氧化物折算值趋势图图4 二氧化硫折算值趋势图1042024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER制二氧化硫烟气排放指标，机组稳定性较高，但固废产生量大，需定期清理固废。4 结论通过一年多对唐钢新区煤气发电两种脱硫脱硝技术从脱硫脱硝效率、生产运行维护成本、机组运行稳定性方面实践分析发现：SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术相比于SNCR+固定床脱硫脱硝技术具有更高的脱硝效率，虽脱硫效率较低，但可调控性强，能在保证烟气排放指标稳定达标的前提下，通过调整碳酸氢钠、氨水药剂的喷入量，节约生产成本。SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝不需要每年定期对固定床脱硫脱硝药剂进行更换，极大降低了药剂运行维护成本，且烟气排放指标更加稳定，发电机组能长时间保持高负荷运行。综合分析，SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术更适合唐钢新区目前生产运营模式，经济性和实用性更高，这一研究为后续煤气发电一期SNCR+固定床脱硫脱硝技术的改造和新发电机组的筹建提供了有效的数据支撑。参 考 文 献 1 张胜梅.燃煤锅炉的烟气治理和脱硫脱硝技术探究 J.中国资源综合利用，2022，40（8）：128-130.2 崔继中，何金峥，冯学军，等.SNCR实现超低排放的改造实践研究 J.科技创新与应用，2020，12（30）：130-133.3 孙泽.电厂锅炉脱硫脱硝及烟气除尘技术探究 J.大陆桥视野，2022（8）：121-122.收稿日期：2023-06-02作者简介：郭军（1996-），男，本科，助理工程师，现从事能源管理工作。（上接第60页）4.3 连接其他站浓盐水管，完善供给管网厂区设有3所除盐站，各站工艺、设备设施均相同，各站原水中污染源的浓度、成分、含量等相同，各站浓盐水的浓度、电导率等水质指标也大致相同，各站所收集到的高含盐水经过专业质检也得出水质相差不大的结论，并且高含盐水的使用本身对水质要求并不高。将其他除盐站高含盐水供出管路与本站高含盐水进水管路相连，通过重力自流或启泵的方式，补充浓盐水进入高含盐水池，补水量可达100200 m3/h。该方法不仅有效缓解了高含盐水的供水压力，还将整个公司的浓盐水纳入高含盐水管网中，便于统一管理与使用。高含盐水池补水示意图见图4。经过一系列技术改进后，高含水外供量大时，通过以上3种渠道进行简单操作，实现了快速补水，保证了高含盐水管网稳定运行。补水的前提是由水质要求高的水系统向水质要求低的水系统串级流动，虽然这3种方法可以快速有效缓解高含盐水量供应不足的情况，但也要充分考虑到整个除盐工艺流程的水量平衡关系。补充高含盐水池的同时，不能因分流回用水和一级浓盐水而影响一级反渗透、二级反渗透系统的进水量。在生产过程中，应通过合理调配、统筹各系统水量，达到各系统水量平衡。5 结论回用水、一级除盐水、一级浓盐水、二级除盐水、二级浓盐水都属于中水。在钢铁企业中，合理并充分地利用中水，可以有效节约水资源。从环保角度看，废水的再生和循环利用，有助于改善生态环境，实现生态的良性循环。对高含盐水管网的改进设计，使公司充分利用废水资源，走上了高含盐水零排放的路线，实现了节约成本和保护环境的双赢。参 考 文 献 1 伊超，赵焰.环保水处理类反渗透浓盐水处理研究 J.中国市场，2021（24）：71-72.2 李海玲.化工企业浓盐水零排放处理技术研究 J.化工管理，2019（30）：110.3 苏伊士水务工程有限责任公司.得利满水处理手册（下）M.北京：化学工业出版社，2020.4 白润英.水处理新技术新工艺与设备 M.北京：化学工业出版社，2017.收稿日期：2023-10-18作者简介：郭伯娇（1985-），女，本科，环境保护工程师，从事钢铁企业污废水处理、中水深度除盐、浓盐水零排放和工业水的配送、串级使用等研究和技术工作。一级反渗透 回用水主管 一级 浓盐水池 一级反渗透浓盐水 其他站所浓盐水 二级浓盐水 高含盐 水池 图4 高含盐水池补水示意图105