哈密燃机焦炉煤气发电烟气脱硝技术探讨

摘要：介绍了哈密燃机项目燃气锅炉的应用情况,说明了焦炉煤气燃烧过程中NOx的排放情况和生成机理,阐述了燃气锅炉脱硝工艺及脱硝剂的选择方法,为焦炉煤气发电锅炉脱硝方案的选择提供了参考。

1概述

新疆哈密某产业聚集园区内，已建及在建有多个褐煤提质改性项目。其主要工艺方案均为在隔绝空气(或在非氧化气氛)条件下将褐煤进行加热，使其在不同的温度下发生一系列物理变化和化学反应，最终得到固体(兰炭)、液体(煤焦油)和气体(尾气)等产品。兰炭、煤焦油为其主要产品.可作为化工原料.而焦炉尾气则可作为燃料。目前各化工项目所产生的尾气有的完全排放，有的仅利用其一小部分用于自备的500kW级小发电机组，能源浪费情况非常严重。为此，哈密燃机项目将产业聚集园区内各兰炭厂所产生的煤气统一收集，兴建大型尾气发电项目，以形成完整的煤化工产业链，实现资源的综合利用。本项目建成投运后.收集的荒煤气经净化处理后污染物大大降低，烟气中所含的少量大气污染物通过点源排放，可较大幅度减轻对环境的污染。

2焦炉煤气锅炉简介

哈密燃机项目一期装机规模为：2套9E等级燃气一蒸汽联合循环发电机组+1台200t/h燃气锅炉。本文主要对燃气锅炉发电部分进行介绍。本工程以煤化工尾气为燃料，荒煤气经由管道收集后输送至煤气处理站，煤化工尾气依次经由电捕焦油器和TSA净化单元将尾气中的焦油、粉尘、H，S、萘等去除后，进入燃气锅炉燃烧后经烟囱排放。

燃气锅炉型号NG一200/6.2一Q，为杭州锅炉集团股份有限公司生产的单锅筒、自然循环、集中下降管、倒“U”型布置的煤气锅炉，采用全膜式水冷壁，炉顶、水平烟道及转向室设顶棚过热器和包墙过热器，尾部竖井烟道中布置省煤器、空气预热器。锅炉额定蒸发量为200t/h，锅炉保证设计热效率90.5%。锅炉采用双旋流煤气燃烧器，煤气燃烧器分层布置在锅炉炉膛下部燃烧器前墙上，锅炉负荷在50%～100%范围内进行调节，并保证蒸汽参数、煤气燃烧器两层标高分别为6000mm、8000mm。前墙每层各布置3只净煤气燃烧器，共6只。下层每只煤气燃烧器布置有1支点火气枪和1支高能点火枪。

本锅炉的设计燃料为100%煤化工净煤气，点火启动均用净煤气。净化后的焦炉煤气主要成分如表1所示。

焦炉煤气的各项指标为：压力约5kPa：温度约5O℃;煤气低热值7025kJ/m(标准状况下的干煤气，以下同);煤气湿度为水分饱和状态;主要杂质及其含量见表2。

本项目的燃烧器采用杭锅集团白有的低氮燃烧技术。燃烧器面板如图1所示。

3烟气脱硝装置工艺选择

3.1焦炉煤气锅炉NOx产生机理

由于焦炉煤气中有机氮含量极少，因此焦炉煤气燃烧产生的NOx中95%是温度热力型，只有小部分快速型NOx，燃料型NOx几乎为零。热力型NOx源于燃烧过程中空气中的氮气被氧化成NO.它主要产生于温度高于1500℃的高温区。热力型NOx的浓度随温度和氧浓度的增大而增大。本锅炉采用了低氮燃烧技术来降低燃烧过程中生成的NOxC。然而实际中通过采用低氮燃烧技术降低NOx的效果有限.采用低氮燃烧技术后本锅炉排放的烟气中NOx浓度保证值为低于200mg/Nm。2014年国家发改委、环保局和能源局共同发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》(发改能源[2014]2093号文)，为满足“超净排放”要求，本工程环境影响报告书要求燃气锅炉烟气中氮氧化物排放浓度不大于100mg/Nm，为了达到环评报告中的NOx排放值，燃气锅炉必须安装烟气脱硝装置，进一步降低烟气中NOx的排放浓度。

3.2低NOx排放控制技术

目前控制烟气NOx排放的措施大致分为3类：一类是低NOx燃烧技术，其技术的主要特征是采用燃烧优化、空气和燃料的分级燃烧、烟气再循环以及低NOx燃烧器等多种型式，控制燃烧区域的温度、过剩空气量及燃料量，抑制或还原燃烧过程中生成的NOx，从而降低NOx排放，该技术措施一般可以降低NOx排放浓度的30%～60%：另一类是烟气净化技术，最为典型的烟气净化是选择性催化剂脱硝法(即SCR)，其脱硝效率可达80%～90%;第三类是炉膛喷射脱硝技术(即SNCR)，其技术的主要特征是在炉膛上部的某一特定区域喷射还原剂，使其在一定的温度条件下还原已生成的NOx，较典型的喷射物质是炉膛喷氨.氨与烟气中的NOx在950～1050℃这一狭窄的温度范围内发生反应，生成氮气和水，NOx降低率一般为30%70%，该技术投资少，运行费用也低J。

如何选择适合于本工程的脱硝T艺，应主要从以下几个方面综合考虑：

(1)NOx排放浓度和排放量必须满足排放标准及有关环境保护的要求：

(2)脱硝工艺要适用于本工程已确定的燃料条件，并考虑燃料来源的变化可能性;

(3)脱硝丁艺技术成熟、设备运行可靠，并有较多成功的运行业绩：

(4)脱硝装置占地面积小，投资费用省;

(5)脱硝剂要有稳定可靠的来源：

(6)运行、检修和维护费用小。

根据以上的原则，本工程燃气锅炉所用的燃烧器已采取低NOx燃烧技术，同时采用选择性非催化还原法(SNCR)。

3.3SNCR工艺原理

SNCR脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂喷人温度为950～1050℃的炉膛区域，与NOx发生还原反应生成N2和H2O。

还原NOx的主要方程式为：

2NO2+4NH3+02=3N2+6H20

因为烟气中95%的NOx是以NO形式存在，

所以第一个反应是主要的.在没有催化剂存在的情况下.这个反应在950—1050℃温度范围内进行。为了满足脱硝温度窗口，本项目在炉膛顶部预留SNCR喷口的接口，此处温度正好在SNCR温度窗口范围。

3.4脱硝剂的选择

在SNCR系统中.通过氨和烟气中的NOx反应来达到脱硝的目的。稳定、可靠的氨系统才能保证SNCR系统的良好运行。

制氨一般有3种方法：尿素法，纯氨法，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。

干尿素直接从贮仓送人混合罐，尿素在混合罐中加水搅拌，确保尿素的完全溶解，然后用循环泵将溶液抽出来，这个过程不断重复，以维持尿素溶液储罐的液位。从储罐里出来的溶液在进入水解槽之前要过滤，在水解槽中，尿素溶液首先通过蒸汽预热器加热到反应温度，然后尿素溶液与水反应生成氨和二氧化碳。反应式如下：

NH2CONH2+H20=2NH3+CO2

(2)氨水制氨法：通常是用25%的氨水溶液，将其置于储罐中，然后通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽。氨水制氨可以采用接触式蒸发器法和喷淋式蒸发器法。

(3)纯氨法：液氨由槽车运送到液氨贮槽。液氨贮槽输出的液氨在氨气蒸发器内经40'E左右的温水蒸发为氨气，并将氨气加热至常温后，送到氨气缓冲槽备用考虑运行安全性以及本工程现场实际情况，

本锅炉采用尿素作为SNCR脱硝剂。项目还原剂耗量及年运行费用初步估算如表3。1台燃气锅炉配套SNCR的主要设备清单见表4。

4结论

哈密燃机项目将园区煤化工企业产生的荒煤气净化处理后发电，是一个资源综合利用、典型的循环经济、余热余压利用项目，体现了“减量化、再利用、资源化”的基本特征，符合可持续发展理念的经济模式.提高资源利用效率，减少废气排放，是实现产业园循环经济必不可少的环节。本工程符合国务院办公厅关于印发能源发展战略行动计划(2014-2020年)要求，促进了煤炭清洁高效开发利用。

本文根据项目的实际情况，说明了本工程煤气燃气锅炉烟气脱硝的工艺选择，对同类型锅炉的烟气脱硝工艺方案选择具有指导意义。