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COA脱硝技术的应用分析及优化建议 史密斯锅炉

厦门国贸中顺环保能源股份有限公司原有3×75t/h循环流化床锅炉在原有炉外半干法脱硫除尘装置基础上,采用福建某上市环保公司自主研发的COA脱硝技术,实施脱硝改造,实现锅炉尾部烟气中NOx具备超低排放能力(即NOx≤35mg/m3),是火电行业首个使用COA脱硝技术的工程案例,并与该技术研发单位进行不断合作摸索及工艺改进。

1COA脱硝技术工艺原理及特点

1.1脱硝工艺原理

COA脱硝主要是将锅炉尾部烟气中难溶于水、不易被碱性吸收剂反应吸收的NO,通过脱硝剂(NaClO2)作用,增强将其转化为易于反应吸收的NO2机率,再利用炉外(半)干法脱硫塔利用消石灰进行中和反应完成脱硝。其脱硝主要化学反应为:

NaClO2+2NO→2NO2+NaCl

2NO2+NaClO2+Ca(OH)2→Ca(NO3)2+NaCl+H2O

NaClO2作为脱硝剂,在前一个反应中主要起强氧化作用,而在后一个Ca(OH)2与NO2吸收反应中起催化作用。相关生成物均为无毒害的Ca(NO3)2、NaCl和H2O,对原有脱硫系统无其他危害。

1.2脱硝工艺特点

COA脱硝技术将脱硝方式从催化还原的传统模式转为氧化吸收方向,有别于常用的低氮燃烧、SNCR、SCR等,具有以下优点:

(1)对脱硝温度、粉尘浓度等没有特别的限制要求,属炉外脱硝,受锅炉运行工况、温度场等影响小,特别适合难以实施SNCR、SCR脱硝工艺的中小型锅炉;(2)结合已有炉外脱硫吸收塔进行协同处置,只需增加脱硝添加剂给料装置,改造投资金额和运行维护费用少;(3)脱硝副产物为无毒害,无废水排放及二次污染;(4)系统简洁,一般由脱硝剂进料模块、溶液配置与存储模块、溶液输送及喷射模块组成,启停方便,设备占地小、运行可靠;(5)根据NOx浓度变化,可通过调解吸收剂和脱硝剂的耗量来实现良好适应性;(6)脱硝效率高,可实现60%以上。

2COA脱硝工艺当前存在的不足

2.1须配合炉外吸收装置使用

COA脱硝技术主要起氧化和催化吸收作用,仅靠COA脱硝工艺并不能完成对氮氧化物的脱除,须配合炉外吸收塔使用才能实现脱硝。在锅炉原有炉外(半)干法脱硫工艺的基础上实施COA脱硝改造,才能突出投资少等优点。

2.2吸收塔内SO2浓度影响脱硝效果

通过大量实践和分析,COA脱硝技术在结合原有炉外脱硫吸收塔使用时,吸收塔内SO2初始浓度大小对脱硝效果有直接影响。COA脱硝工艺会优先促进脱硫塔内SO2反应吸收,在SO2浓度被脱除到极低的情况下,NOx浓度才能同步脱除到较低水平。造成大量脱硝剂优先被SO2反应吸收所消耗,在SO2浓度较高的情况下,要保证相应脱硝效果须增加脱硝剂的使用。

2.3脱硝运行成本较高

目前COA脱硝的最佳脱硝剂为亚氯酸钠(NaClO2),基于氧化性和稳定性要求考虑。COA脱硝技术从最早的固相COA脱硝阶段发展到目前较为普遍的液相COA脱硝阶段,虽然脱硝工艺和效率有一

定改善,但脱硝成本下降幅度有限。脱硝运行成本主要由脱硝剂、吸收剂、电耗三个部分构成,在当前阶段,脱硝剂成本仍占总脱硝运行成本的90%左右,而市场上亚氯酸钠价格在每吨一万元以上,脱硝运行成本与SNCR脱硝相比较高,但优于SCR脱硝。

2.4亚氯酸钠存储和使用有安全要求

通常采购的脱硝剂是固体亚氯酸钠,一种高效氧化剂,易溶于水,具有一定毒性,与可燃物接触和有机物混合能引起爆炸;在175~200℃会热分解,以至燃烧爆炸;将浓酸溅滴到NaClO2固体上也会引起爆炸。因此,对于亚氯酸钠的存储和使用存在相应安全要求。

2.5存在管道腐蚀现象

由于配制后的亚氯酸钠溶液具有强氧化腐蚀性,对输送溶液的不锈钢管道会造成腐蚀,尤其是焊缝处易因腐蚀产生滴漏,需要定期检查、及时维护。

3优化建议

(1)控制炉外吸收塔SO2、NOx污染物初始浓度,以减少SO2对脱硝效果影响和降低脱硝运行成本。可通过在前端采用SNCR脱硝、烟气低氮再循环、炉内石灰石脱硫等预处理措施。

(2)脱硝剂(亚氯酸钠)溶液浓度宜控制在8~12%之间,既满足正常使用要求,又能减少亚氯酸钠耗量和对溶液输送管道的腐蚀。

(3)根据企业联合技术研发单位通过采用臭氧作为亚氯酸钠替代品开展的气相COA脱硝试验表明,气相COA脱硝能够进一步提高脱硝效率、降低脱硝成本,解决介质管道腐蚀等问题,待进一步摸索和完善。

4结语

(1)COA脱硝技术结合锅炉原有炉外脱硫装置进行升级改造和使用,具有投资少、施工快、效率高等特点,适合难以实施SNCR或SCR脱硝改造的中小型锅炉,或是通过采用其他脱硝工艺后离氮氧化物“超低排放”仍有一定差距的锅炉。(2)当前使用亚氯酸钠为脱硝剂的COA脱硝工艺存在脱硝运行成本高、管道腐蚀等问题,需进一步完善,寻找更为廉价、高效的脱硝剂替代品,以及继续优化完善工艺。(3)COA脱硝技术结合原有炉外脱硫塔使用,能够通过一种吸收剂同时实现脱硫脱硝,但SO2与NOx存在先后反应顺序,较适合同时对SO2和NOx都存在较低排放浓度要求的锅炉机组协同处置使用。(4)采用COA脱硝技术可实现氮氧化物超低排放(即NOx排放浓度≤35mg/m3),但考虑脱硝运行成本,推荐炉外吸收装置污染物(SO2、NOx)初始浓度较低的情况下使用,可搭配其他环保工艺协同使用。

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