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浅谈石灰石-石膏湿法脱硫技术对脱硝效率的影响

时间:2020-07-18 15:55

  摘要:本文以2×330MW和2×660MW大型燃煤火电厂的4台锅炉为研究对象,采用烟气测试仪对烟气中的大气污染物进行测试分析,探讨石灰石-石膏湿法脱硫技术对低氮燃烧的脱硝效率的影响。试验结果表明:石灰石-石膏湿法脱硫技术对烟气中氮氧化物(主要成分为一氧化氮和二氧化氮)仅吸收1.21%-6.63%,说明石灰石-石膏湿法脱硫技术对脱硝效率影响不大。

  近年来,我国环境矛盾日益凸显,环境压力持续加大,大面积雾霾天气频发[1-3],直接危害公众的健康。雾霾天气的主要诱因大气中颗粒物,按来源分一次颗粒物和二次颗粒物[4]。

  火电行业作为煤炭的消耗大户,其锅炉燃煤产生的烟粉尘颗粒物成为大气中颗粒物的主要来源[5-7],同时排放的氮氧化物会与空气中其他有机气体发生化学反应生成的硝酸铵是二次颗粒物的主要来源[8]。因此,如何控制火电行业大气污染物排放量成为环境保护问题的焦点。

  目前,我国火电行业常采用脱硫、除尘和脱硝单元式控制技术来控制烟气污染物的排放。石灰石-石膏湿法脱硫工艺采用氧化钙(CaO)或碳酸钙(CaCO3)浆液在湿式洗涤塔中吸收二氧化硫,具有脱硫效率高(高达95%以上),技术成熟,对煤种变化适应性强及吸收剂资源丰富、格便宜等优点。

  低氮燃烧技术具有技术成熟、投资和运行费用少,其氮氧化物减排效果可达20%-40%[9]。但随着新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的实施,对大气污染物排放浓度提出更高的要求,火电行业现有机组的大气污染物控制技术是否能满足新的标准成为当前新的问题。

  本文以2×330MW和2×660MW的燃煤火电厂为对象,探讨大型火电厂实际应用中石灰石-石膏湿法脱硫系统对烟气脱硝效率的影响。

  本文分别对2×330MW和2×660MW两个大型燃煤火电厂配套的四台蒸汽锅炉分别进行了测试,其连续蒸汽量分别为1165t/h、1165t/h、2141t/h、2141t/h。试验期间,电厂生产设备及配套环保措施均处于正常运行状态下,各蒸汽锅炉试验工况和大气污染物治理措施见表1。

  试验期间,两家不同火电厂的锅炉分别采用同批次煤,具体入炉煤煤质分析见表2。

  两个大型电厂的每台机组配套1套脱硫装置。测试采样点设置在脱硫塔进出、口烟道断面上,每个采样点每次采样三次。

  利用烟气测试仪(德国德图集团公司)直接测得二氧化硫、氮氧化物浓度,其浓度单位为ppm。二氧化硫浓度c需转化为标准状态的干烟气二氧化硫浓度,见公式(1)。

  2×330MW和2×660MW两个大型燃煤火电厂均采用单元式控制技术来控制烟气污染物的排放,先进行低氮燃烧进行脱硝,接着通过静电除尘器除尘,最后烟气经过石灰石-石膏湿法脱硫系统脱硫后,直接通过烟囱排放到大气中,见图1。

  四台锅炉均采用石灰石-石膏湿法脱硫技术控制烟气中二氧化硫的排放量。试验中,在脱硫塔进、出口截面各设置一个测试点,对二氧化硫排放浓度进行测试,每次测试三次。根据上述公式(1)、(5)和(6)计算得到脱硫效率,其二氧化硫排放速率及脱硫效率见表3。

  从表3可以看出,石灰石-石膏脱硫技术方法在不同蒸发量的锅炉都表现出稳定的、高效率的去硫效果,其脱硫效率高达91.87%-94.17%,有效控制了烟气中二氧化硫排放量,进一步说明石灰石-石膏脱硫技术的成熟性和可靠性。

  实验中,四台锅炉均采用低氮燃烧来控制氮氧化物的排放,其氮氧化物的主要成分为一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。为了解石灰石-石膏湿法脱硫系统对脱硝效率影响,分别在脱硫塔进、出口截面各设置一个测试点,每次测试三次。

  采用上述公式(2)-(4)、(5)和(6)计算得到氮氧化物排放速率及脱硝效率(不包括低氮燃烧的脱硝效率)。不同锅炉脱硫塔进、出口氮氧化物排放速率及脱硝效率见表4。

  通过表4可以看出,通过石灰石-石膏脱硫系统的喷淋塔后,氮氧化物仅被吸收1.21%-6.63%,脱硝效果并不明显,且不稳定。这是因为:

  二氧化氮和水发生化学反应生成硝酸和一氧化氮,一方面生成的硝酸与石灰石发生化学反应生成硝酸盐,促进化学反应向正方向进行,吸收微量的NO2;另一方面石灰石-石膏湿法脱硫过程消耗大量氧气,不利用NO转化为NO2,NO稳定的化学性和低的溶解度抑制了NO2和H2O的化学反应,降低了NO2的吸收率,最终表现出低脱硝效率。

  ①石灰石-石膏湿法脱硫技术在大型燃煤火电厂的实际工程应用中,脱硫效率达91.87%-94.17%,表现出高稳定性,说明该工艺有一定的成熟性、可靠性,从长期看可满足对二氧化硫排放量的控制,降低火电行业的经济成本。

  ②烟气经过脱硫塔后,氮氧化物的去除率仅为1.21%-6.63%,并表现不稳定性。一方面因为NO在水中溶解度较低,且不与石灰石发生化学反应;另一方面NO2虽可与水发生化学反应,但NO稳定的化学性能和低的溶解度抑

  制NO2与水反应,降低了NO2吸收率,最终导致石灰石-石膏湿法脱硫系统对氮氧化物吸收率不产生较大影响。