集中供热锅炉烟气脱硝关键技术研发及工程应用研究

发布时间：2020-08-28 04:35

【摘要】：集中供热是我国北方广大地区城镇居民冬季集中采暖供热的主要方式,也是城市公共事业的重要组成部分,冬季供暖会使得局地PM_(2.5)浓度显著增加,其中氮氧化物(NO_x)是PM_(2.5)形成的重要前驱物。集中供热中心一般紧邻城市居民集中区,具有占地空间小、安全要求高的特点;同时,集中供热锅炉运行受热负荷需求波动的影响较大,采暖期的初、中、末期以及一天中的昼夜均有较大幅度的负荷波动,对脱硝设施的安全、稳定、可靠运行形成了巨大的挑战。因此,针对集中供热锅炉的特点,研发适应性的脱硝技术具有重要的工程意义和实践价值。针对集中供热锅炉负荷变化速率大、频次高等特点,研发出还原剂快速响应调控技术,硬件上发明了套筒鼠笼式喷氨流量调节装置,形成了等百分比和线性结合的开度-流量响应曲线,克服了现有技术流量变化滞后于调节开度的难题,大幅提升了调节特性;软件上形成了基于前馈-反馈模糊控制的尿素流量控制策略,以进口NO_x浓度、烟气量、喷氨量作为前馈输入变量,通过物料平衡及PI控制器运算获取输出控制尿素流量调节,实现对负荷的快速跟踪;以出口NO_x浓度偏差及其变化率为反馈模糊输入变量,以尿素流量调节增量为模糊输出变量,搭建二维模糊控制器,叠加控制输出与前馈控制输出信号后,修正细调前馈控制输出以精确稳定控制整个脱硝过程。将上述成果应用于十多项集中供热锅炉烟气脱硝工程,实现了喷氨自动控制,运行稳定。针对集中供热锅炉负荷变化幅度广,现有催化剂在低负荷条件下效率低下的缺陷,对锰基催化剂的制备与改性进行了研究。采用四种工艺制备了Mn-Fe及Mn-Ti催化剂并考察其活性,结果表明高于180℃时两种体系活性相当,低于180℃时Mn-Fe活性优于Mn-Ti催化剂,共沉淀法制备的Mn-Fe的活性窗口范围要远大于柠檬酸法,其比表面积、NH_3吸附酸位点、稳定性等均相对较高;探究了过渡金属(Cr,Zr,Mo)对脱硝性能的影响,发现Cr的掺入可明显增加活性,提高Mn-Fe体系催化剂的比表面积、活性组分的分散性、NH_3吸附酸位点、氧化还原性能、抗水蒸气和SO_2中毒能力等。在Mn-Fe-Cr粉末催化剂的研究基础上,用涂覆的方法制备工业尺寸的蜂窝催化剂,在实际工业烟气的条件下探索适于蜂窝式催化剂在工业烟气中最佳运行参数,结果表明Mn-Fe-Cr催化剂在温度为140℃左右、空速为4000 h~(-1)出口NO_x浓度可降低至50mg/m~3以下。针对部分集中供热锅炉受热面难以改造或改造成本过高的难题,探索了一种可用于锅炉尾部除尘脱硫后烟气不升温直接脱硝的新方法—生物滴滤塔脱硝工艺,搭建了生物滴滤塔实验台,采用污泥驯化脱硝菌种,研究了脱硝菌在四种填料上的挂膜和脱硝性能,结果表明,轻质陶粒脱硝效率高、阻力低,是最佳填料;在此基础上,研究了各种工艺参数对脱硝效率的影响规律,获取了生物滴滤塔脱硝最佳的操作区间;基于氮平衡和微生物Miseq测序鉴定结果,提出了生物滴滤塔脱硝过程中硝化/反硝化细菌共生且协同脱除的机理假说,系统研究了添加有机碳源、无机氮源、金属离子、稀土元素等强化措施对硝化/反硝化共存的微生物体系脱硝性能的影响规律,获得强化剂的最优组合方案,在进气量500 L/h时经强化后效率提升14.6%达78.9%;应用上述技术设计建成了500 m~3/h燃煤锅炉烟气脱硝中试装置,46天的中试运行结果显示,平均脱硝效率达67.3%且性能稳定,在非重点地区(NO_x排放浓度100-200mg/m~3)具有工程应用价值。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X77
【图文】：

集中供热,单位,国际能源署

图 1-1 2006~2015 我国集中供热量（单位：万 GJ）增，污染物排放量显著增加，国际能源署（Interna数据显示集中供暖煤炭燃烧产生的 SO2为 1074 吨，源相关的污染年度排放量的 5%、3%和 4%[11]。20，冬季供暖期比非供暖期的 PM2.5浓度平均要高出M2.5浓度相比非供暖时期浓度增长比例的五年平均 51.8%）[5]。北京大学对北京中心城区 25 个监测站调整后得到 PM2.5、NOx和 SO2的平均浓度分布曲

北京城区,烟气脱硝

图 1-2 北京城区 NOx、PM2.5、SO2季节平均浓度烟气脱硝技术的开发和应用是为了适应我国大气污染减用于大型燃煤电站的 SCR 脱硝的成熟工艺技术应用于集技术的开发是将现有已成功应用于电站锅炉的 SCR 技炉负荷和炉温频繁变化、无法达到持续稳定运行效果等氨优化控制研究进展对烟气脱硝技术的研究主要包括：烟气脱硝催化过程的脱硝工艺的开发[12-13]、以及提高脱硝效率等方面的研究，制参数优化方面的研究较少。但是，烟气脱硝控制系统期运行及锅炉的节能降耗密切相关。如果脱硝系统的自于高耗能状态，因此，研究烟气脱硝自动控制系统的优的一项重要工作。对燃煤锅炉的烟气脱硝系统控制的研究主要包括；利用x的生成及脱除量，对烟气脱硝运行进行优化，比如增加

生物滴滤塔,循环液,反应条件,生物陶粒

生物滴滤塔生物滴滤塔具有反应条件易于控制的优点，通过对循环液的温度、pH值的控制就可以实

【参考文献】