摘要:选择性非催化还原脱硝法(SNCR)投运后,电厂烟囱出现冒“白烟”现象.通过分析白烟的成分,确定白烟成分为氯化铵.使用氨逃逸激光光谱分析仪与烟气自动监控系统相结合的试验方法,分析得到NH3Cl生成的特点,制定SNCR喷氨控制策略,从而有效抑制白烟的生成.
0引言
选择性非催化还原脱硝法(SNCR)是目前垃圾焚烧烟气处理的主流。通过优化锅炉燃烧参数控制SNCR,可以保证垃圾焚烧发电厂烟气排放中氮氧化物(NOx)的排放满足GB 18485-2014(生活垃圾焚烧污染控制标准》相关要求。随着SNCR在垃圾焚烧发电厂应用的案例越来越多,经常有在其投运过程中出现烟囱冒“白烟”的案例。
1垃圾焚烧发电烟气组分与污染物去除
因为城市生活垃圾来源非常复杂,对比传统的燃煤或燃气电厂而言,垃圾焚烧烟气组分也比较复杂。其烟气含有的主要污染物有酸性气体、烟尘、重金属等,其中烟气中的的酸性气体主要由硫氧化物SO2)、氮氧化物(NOx)、氯化氢(HCl)组成。烟气中的SO2、HCl可以通过传统的半干法、干法或者湿法工艺去除,而烟气中的NOx多通过选择性非催化还原脱硝法(SNCR)去除。SNCR是指无催化剂的作用下,在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入还原剂,将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。该技术一般采用氨、尿素或氢氨酸等还原剂。还原剂只和烟气中的NOx反应,一般不与氧反应。由于该工艺不用催化剂,因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷人850~1100℃的炉膛,迅速热分解成NH3,与烟气中的NOx反应生成N2和水。在实际运行过程中SNCR的反应效率多在40%一50%,势必存在一定量的氨逃逸。
2“白烟"形成原因
由于垃圾焚烧电厂烟气中硫氧化物、氯浓度较高,且在SNCR工作过程中存在一定量的氨逃逸,易生成硫酸铵与氯化铵。对比两者的物化特性,白烟更符合氯化铵的性质表现。
氯化铵(NH4C1)烟气中HCl来源于含氯的塑料。HCl在温度低于120℃的区域,易与NH3发生化合反应,形成白色固体氯化铵飞雾,其反应机理如下:
NH3+HCl—NH4Cl(s)。
因烟气在整个烟气净化系统中的最低温度也保持在140℃以上,所以只有当烟气从烟囱出口排出与大气接触发生热交换温度降低时,氯化铵才会生成,形成白烟。
3氨逃逸的测量及仪器
由于氯化铵的物化特性及垃圾焚烧电厂的工作条件,实验无法直接对氯化铵进行测量。考虑到垃圾焚烧过程中氯离子的浓度相对比较稳定,可以通过氨逃逸激光光谱分析仪比对烟气中氨的光谱变化,从而对烟气中的氨浓度进行监控。氨逃逸激光光谱分析仪采用一种高分辨率的光谱吸收技术:激光穿过烟气时,通过快速调制激光频率并使其扫过被测的氨气吸收谱线的定频率范围,然后采用相敏检测技术测量被气体吸收后透射谱线中的谐波分量来分析烟气中氨气情况(如图1所示)。
实验如果不考虑白烟问题,SNCR按照设计值运行,电厂NOx排放的质量浓度<200mg/m3时,NO。转化效率可以达到50%以上。此过程中由于喷人炉膛内的氨(NH,)在炉膛内与烟气不能进行充分混合,造成NH,的相对过剩,而产生氨逃逸,最终在烟囱出口区域与烟气中的氯离子形成氯化铵,生成白烟。
经观测,可以将白烟分为三个级别:极淡、淡烟、浓烟。从氨逃逸激光光谱分析仪检测结果得出:极淡烟对应的氨逃逸质量浓度为<0.38mg/m3;淡烟对应的氨逃逸质量浓度为0.38 mg/m3~0.76mg/m3;浓烟对应的氨逃逸质量浓度为>0.76mg/m3。