[发明专利]天然气锅炉节能减排一体化方法

说明书

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧节能与环境保护领域，尤其涉及一种天然气锅炉节能减排一体化方法。

背景技术

氮氧化物(NOx)是形成二次细粒子(PM_2.5)的重要前体物，汽车尾气、煤炭以及天然气燃烧是NOx的主要排放源。2012年8月～2013年7月在北京市包括城市背景、城区、郊区以及边界传输点在内的9个监测点位进行大气细颗粒物PM_2.5样品的采集与分析，共获得486个有效样本，分析结果表明，NOx是重污染过程累积效应比较明显且贡献相对较高的二次粒子前体物^[1]。虽然天然气是一种相对清洁的能源，排放的二氧化硫(SO₂)和颗粒物较少，NOx排放量却与煤炭燃烧相当，随着城市对环境质量要求越来越高，天然气燃料使用量也将越来越大，北京市未来5～10年天然气燃烧排放的NOx将超过煤炭和汽车成为最大排放源，因此天然气燃烧产生NOx污染问题也越来越受到重视。北京市2015年颁布的《锅炉大气污染物排放标准》，将NOx的最高允许排放浓度由150mg﹒m^-3分阶段严格至80mg﹒m^-3和30mg﹒m^-3，SO₂由20mg﹒m^-3严格至10mg﹒m^-3，颗粒物由10mg﹒m^-3严格至5mg﹒m^-3。国际上，一些环境管控严格的发达国家对锅炉排放更加严格，其中NOx排放浓度限值低于18mg﹒m^-3，且有加严趋势。

目前，净化处理天燃气燃烧排放的NOx比较成熟的技术为选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)，多用于大型燃气锅炉或燃气电厂，其中仅SCR能够达到30mg﹒m^-3的排放水平，但对于数量上占90％左右的中小燃气锅炉，由于负荷通常不稳定，控制系统不够完善，运行管理水平较低，建立氨制备系统十分复杂，采用SCR技术或不能达标或氨逃逸造成二次污染。天然气采用低氮燃烧技术比较适合中小锅炉，治理成本低，采用超低氮燃烧技术的NOx排放浓度能够达到30mg﹒m^-3的排放水平，但技术要求高，目前仅在个别国家采用。天然气燃烧产生的白烟排放将是我国特别是北方地区未来需要重点解决的问题，国外有些发达国家将白烟也作为一种污染。每m³天然气燃烧产生1.6kg左右的水，约为煤炭燃烧的5倍，在不利气象条件下排放大量的水汽会加重雾霾。天然气燃烧产生的大量水汽表明烟气中存在大量潜热，回收烟气余热对充分利用宝贵的天然气能源具有重要意义。

SCR、SNCR、低氮燃烧等技术方法仅能净化处理NOx一种污染物，据对天然气锅炉烟气监测结果表明，SO₂平均为(5～6)mg﹒m^-3，一般情况下大多数锅炉能够达到北京排放标准，但当上游气源脱硫净化处理不正常时会发生超标甚至严重超标情况。采用SCR、SNCR、低氮燃烧等技术方法不能去除SO₂和虽然是极少量但全部是PM_2.5的炭黑颗粒物，本身不能消除白烟和回收烟气余热，需要增加相关设备和投资。湿式吸收法是锅炉烟气脱硝方法之一，优点是不仅能脱硝，还能够同时净化处理SO₂和颗粒物，能够很好的适应烟气量和污染物浓度变化，净化处理效率高，操作简单，系统运行稳定，非常适合中小锅炉采用。其中，采用不同的处理方法可以得到不同的净化处理效果，NOx净化处理后的排放浓度可低于15mg﹒m^-3甚至低于10mg﹒m^-3，能够达到国际上最严格的排放标准，SO₂在任何时候均可保证达标排放，湿式吸收法还能洗涤去除部分因燃烧不好产生的炭黑颗粒。为了使吸收法达到较高的净化效率，需要降低烟气温度并除去大部分气态水份，这正好与烟气余热回收、水资源利用和消除白烟形成有机结合。NOx一方面是大气污染物，另一方面也是资源，通过对吸收乏液进行处理可生产有用副产品，不会产生污水排放。