燃气锅炉低氮燃烧器加烟气再循环工艺的改造升级,环境工程硕士论文

燃气锅炉低氮燃烧器加烟气再循环工艺的改造升级,环境工程硕士论文当下我们国家大气环境形势特别严峻，环境保卫关系人民福祉，关乎民族将来。现行(火电厂大气污染物排放标准〕〔GB13223-2018〕要求，单台出力65t/h以上燃气锅炉，重点地区氮氧化物排放限值为100mg/m3。对存在超标排放风险的燃气锅炉采取降氮措施进行改造显得尤为必要。本文针对某厂UG-75/3.82-Q4型及UG-130/3.82-Q型燃气锅炉在运行中烟气排放方面主要存在的问题，对氮氧化物的生成机理、控制措施进行了研究。对几种降低氮氧化物的工艺技术从脱氮氧化物的效率、技术水平、改造治理工作量、施工难度、运行维护等几个方面进行了比照。根据燃料组分，对造成两台锅炉烟气氮氧化物超标排放的原因进行了分析，确定了热力型氮氧化物是造成氮氧化物排放量高的根本原因。在遵循技术先进可靠、投资合理、降低成本和减少能耗的原则下，对UG-130/3.82-Q型燃气锅炉进行低氮燃烧器局部改良+烟气再循环的工艺道路进行改造，改造内容主要牵涉燃烧器配风盘及喷嘴朝向的优化，新增烟气循环风机及相应进出口烟气管线，改造后组织通过了环保设施完工验收。对UG-75/3.82-Q4型燃气锅炉进行低氮燃烧器+烟气再循环的工艺道路进行改造，改造内容主要牵涉原燃烧器及炉前燃气系统拆除，更换六台进口低氮燃烧器，配套仪表、炉前燃气控制系统改造，新增烟气循环风机及配套烟气管线及控制系统，改造后组织进行了标定。改造后对监控的运行排放数据进行分析，对减少的氮氧化物排放量及相应的排污费进行了测算。结果表示清楚，改造施行后，在燃气没有改变的情况下，锅炉热效率没有发生较大变化，UG-130/3.82-Q型燃气锅炉氮氧化物从改造前的均值131.16mg/m3下降到了改造后的均值79.47mg/m3，当年减少NOx排放量为191t，节约排污费用22.9万元；UG-75/3.82-Q4型燃气锅炉氮氧化物从改造前的均值284.22mg/m3下降到了改造后的78.63mg/m3，当年减少NOx排放量为354t，节约排污费用42.48万元。同时，针对氮氧化物异常排放、环保设施故障处理等生产运行中的问题，对改造后锅炉从生产运行经过控制、管理制度等方面进行完善，以实现锅炉长期运行烟气达标稳定排放的目的。文末通过对实际运行经过中存在的问题进行分析，并提出相关建议为同行业此类问题的解决提供参考，有助于氮氧化物减排方面措施经历体验的推广。本文关键词语：燃气锅炉；烟气；氮氧化物；达标治理。AbstractTheairenvironmentinChinaisnowveryseriousandchallenging.EnvironmentalprotectionisthusveryimportanttopeopleswellbeingandChinasfuture.AccordingtothecurrentEmissionstandardofairpollutantsforthermalpowerplants(GB13223-2018),theemissionlimitofNOxinsomekeyareasofChinais100mg/m3forover65t/hnaturalgasboilers.Therefore,itisessentialtomakesomemodificationsonthosenaturalgasboilerswhichfailtomeettheemissionrequirement.Thispaperfocusedonsomemajorgasemissionproblemsoftwotypesnaturalgasboilers,UG-75/3.82-Q4andUG-130/3.82-Q.ItalsostudiedinthispaperaboutmechanismsofNOxproductionandcontrolsonthispollutant.ComparisonhasalsobeenmadebetweenseveraldifferentNOxreductionprocesstechnologiesfromsomeperspectives,includingNOxremovalefficiency,technologylevel,theworkamountspendingontransformations,constructiondifficulty,operatingmaintenance,andsoon.WeanalyzedsomefactorscontributingtotheunqualifiedNOxemissionfromtheseboilersandfoundthatthethermalNOxwasthemajorcontribution.Alloftransformationsofthesetwoboilerswereunderguidelinesoftechnologiesadvancementandreliability,investmentsrationality,lowcostandenergyconsumption.ForUG-130/3.82-Q4typedboiler,somepartsofitslow-nitrogenburneranditsfluegasrecirculationprocessweremodified.Specifically,weoptimizedtheburnernozzleupwards,andaddedanewfluegasrecirculationfanandcorrespondinginletandoutletlines.Thesemodificationshavepassedcorrespondingenvironmentalinspections.SimilartransformationswerealsomadetotheUG-75/3.82-Q4boiler.Itsoriginalburnersystemwerereplacedbysixlow-nitrogenburnerswhichweremadeabroad,correspondingmeters,anewfluegasrecirculationfanandcorrespondinggaspipelines,andacontrolsystem.WefinallyanalyzedtheNOxemissiondataacquiredinthecourseofthisboileroperationaftertransformation.WealsocalculatedhowmuchamountofNOxemissioncouldbeapproximatelyreducedaswellasthecorrespondingcosttotreatit.Afterthesemodifications,itwasfoundthat,undersimilarconditionsincludingsamegassourceandboilersheatefficiencies,anaverageconcentrationofNOxdroppedfrom131.16to79.47mg/m3fortheUG-130/3.82-Qboiler,andfrom284.22to78.63mg/m3fortheUG-75/3.82-Q4boiler.ThiswouldalsoreduceNOxemissionfortheyearby191tonandsavethepollutiondischargecostabout229000yuanfortheUG-130/3.82-Qboiler,andby354tonaswellas424800yuanfortheUG-75/3.82-Q4boiler.Meanwhile,weoptimizedsomecontrolmethodsinthecourseofoperationofthesetwoboilersandmanagementsystemtoreachthegoalofthesafeemissionofNOxproducedbynaturalgasboilers.Finally,someexistingproblemsduringthesetwoboilersoperationhavebeenthoroughlyanalyzedinthispaperandcorrespondingresolutionstothemwerealsoproposedasreferencesforpeerindustries.ThiswillhelppopularizetheseexperiencesonNOxemissionreduction.Keyword:naturalgasboiler；fuelgas；NOx；require-standardmanagement。1、绪论受全球化影响，世界各地的环境愈加严密的联络在一起。而中国城市化和工业化的进程加快，能源消耗快速、产业构造单一、污染治理滞后等原因导致了一系列城市环境空气质量问题[1]。生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计，的十九大将坚持人与自然和谐共生作为现代坚持和发展中华特点社会基本方略的重要内容，将污染防治作为决胜全面建成小康社会的三大攻坚战之一，将建设美丽中国作为全面建设社会当代化强国的重大目的。国家、地方和中国石油围绕生态文明建设和生态环境保卫提出一系列新理念、新要求、新目的和新部署。面对工业污染、燃煤污染、扬尘污染、机动车尾气污染、面源污染等大气污染问题，需要坚持源头防治、标本兼治，大力推进技防及配套管控措施，从源头扭转环境恶化趋势，持续改善空气质量，努力建设美丽中国。近些年来，我们国家在锅炉烟气治理方面对二氧化硫及烟尘的排放治理起步较早，排放总量已呈现不断下降的趋势，但对氮氧化物排放的控制，相对较为延迟缓慢，氮氧化物的排放及污染不容乐观[2]。作为重点地区，2005～2020年10年间，兰州市二氧化氮年均值变化呈倒U型，2018～2020年二氧化氮年均值逐年下降，2020年为近10年均值最低点，2020年再次升高加剧，超过国家年二级标准限值0.20倍[3]。为了扭转这一局面，使燃气锅炉氮氧化物得到规范治理，我们国家对火电厂污染物排放制定了更为严格的指标标准。根DB62/1992-2018(兰州市锅炉大气污染物排放标准〕规定，燃气锅炉二氧化硫排放标准100mg/m3，燃气锅炉氮氧化物排放标准250mg/m3，燃气锅炉烟尘排放标准50mg/m3。而现行(火电厂大气污染物排放标准〕〔GB13223-2018〕要求，单台设计负荷65t/h以上燃气发电锅炉，重点地区氮氧化物排放限值为100mg/m3。燃气锅炉作为提供动力能源的设备，其消耗的燃料主要是天然气及瓦斯干气，在提供动力能源的经过同时排放污染物氮氧化物。氮氧化物以NO、NO2、N2O等多种形态存在，是造成大气污染的主要污染源之一，因而被列为国家重点污染源防治控制项目，及早采取先进工艺技术对燃气锅炉烟气排放中污染物氮氧化物进行大规模有效治理，为企业、员工和社会群众创造愈加优良生产生活环境，是所有排污企业必须面对的共同课题。1.1、研究背景及意义。1.1.1、研究背景。〔1〕行业背景燃气锅炉作为提供动力能源的设备，其消耗的燃料主要是天然气及瓦斯干气。数据显示：从2006年到2021年，全球煤炭和石油消费比重下降约2.3%，而天然气比重提高约1%。2021年我们国家的天然气消费量高达1931亿立方米，十二五期间年均增长约12.4%，累计消费天然气约8300亿立方米，是十一五消费量的2倍[4]。2021年天然气在一次能源消费中的比重从2018年的4.4%提高到5.9%，提高了1.5个百分点。十三五规划明确将天然气在我们国家一次能源消费中的比重提高到10%，也就是2020年天然气的消费比重较2021年接近翻一倍，逐步将天然气发展成为我们国家的主体能源之一[5]。随之而来产生的污染物排放也使越来越多的企业有了污染情况加剧的危机意识，大部分企业以达标排放为目的采取了相应的管控防治措施，但相关行业快速发展引起的污染排放冲击弱化了这些管控防治措施的作用。〔2〕氮氧化物污染现在状况①氮氧化物的污染现在状况全球排放的氮氧化物早己超过了5000万吨/年。在2000年，我们国家的氮氧化物年排放量甚至超过了1000万吨，统计显示，2018年兰州地区氮氧化物排放总量10.18万吨，较上年减少0.07万吨，华而不实，工业排放量为7.97万吨，生活及其它排放量为2.21万吨。同期，本课题牵涉的石化生产单位氮氧化物年排放总量为6351.9793t，占比明显，因而及早采取先进工艺技术对燃气锅炉烟气排放中污染物氮氧化物进行大规模有效治理，为企业、员工和社会群众创造愈加优良生产生活环境，是所有排污企业必须面对的共同课题，也是大势所趋，势在必行。②氮氧化物的危害氮氧化物以NO、NO2、N2O等多种形态存在，是构成酸雨的主要物质，也是构成大气中光化学烟雾的重要物质，直接导致阴霾天、臭氧毁坏、空气污染等后果，是造成大气污染的主要污染源之一，因而被列为国家重点污染源防治控制项目。氮氧化物可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病，呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者，会较易受二氧化氮影响。对儿童来讲，氮氧化物可能会造成肺部发育受损。研究指出长期吸入氮氧化物可能会导致肺部构造改变。人只要在含量为1?10-4～1.5?10-4的NO2环境中停留30min～60min，就会因肺水肿而死亡[6]。1.1.2、研究问题。根据现行火电厂大气污染物排放标准〔GB13223-2018〕要求，单台出力65t/h以上燃气发电锅炉，重点地区氮氧化物排放限值为100mg/m3。本课题结合某厂燃气锅炉长期运行实际及烟气排放指标监测结果，研究发现动力厂UG-130/3.82-Q型及UG-75/3.82-Q4型燃气锅炉经烟囱排放的烟气中氮氧化物浓度无法到达以上标准要求。为了解决锅炉装置连续平稳运行和环保合法排放的较大风险，减少氮氧化物的排放，本课题对某厂燃气锅炉氮氧化物超标原因进行了调查分析，在遵循技术先进可靠、投资合理、降低成本和减少能耗等原则下，提出了治理措施及方案，即对UG-130/3.82-Q型燃气锅炉〔即A锅炉〕进行低氮燃烧器局部改良+烟气再循环的工艺道路进行改造；对UG-75/3.82-Q4型燃气锅炉〔即B锅炉〕进行低氮燃烧器+烟气再循环的工艺道路进行改造，并予以施行、调试、验证。本课题施行后，将氮氧化物浓度降低至100mg/m3下面，为企业每年节约排污费用，减少污染物排放，保卫生态环境。总体来讲，本课题所牵涉的锅炉装置管理机构完善，建立了一整套健全、合理、行之有效的管理、操作、质量、安全、行政制度和标准。由于本课题所牵涉的相关装置建设较早，建设之时环保排放缺乏前瞻性，存在相关问题也是企业长期发展的客观存在。为摆脱烟气氮氧化物对大气污染的现在状况，本课题从全局出发，根据问题思维、缺陷管理、持续改良的管理理念进行了全面综合达标治理。1.1.3、研究意义。本课题以某厂两台燃气锅炉烟气达标排放为研究对象，通过对现场生产经过进行跟踪，评价锅炉运行现在状况，分析燃气锅炉炉内氮氧化物产生经过，对装置日常运行数据进行收集，分析两台燃气锅炉烟囱排放氮氧化物超标原因，提出治理措施，解决了燃气锅炉装置生产运行的环保风险，实现了达标排放，获得了环境质量持续改善的业绩。本课题主要意义如下：〔1〕把握两台燃气锅炉运行的实际情况，认识分析实际存在的因烟气排放导致的环境污染风险，对装置烟气排放工艺进行科学合理的治理，并经数据分析、运行调试、经历体验总结，规章制度完善，为操作规程的制定及后续正常运行提供参考。〔2〕本课题所牵涉生产单位是集炼油、化工、工程建设、检维修等业务为一体的大型炼油化工企业，是中国西北地区重要的炼油化工生产基地，能源战略地位异常重要。作为工业废气排放大户，进行氮氧化物达标治理，能确保到达大气污染物排放标准，同时，降低氮氧化物的排放将落实企业社会责任，改善所在地区环境质量，提高居民的生存生活条件。〔3〕本课题的施行对HSE体系运行具有积极重要的意义；对于履行奉献能源，创造和谐的宗旨和可持续发展同样具有重要意义。〔4〕本课题的施行为环保管理和治理提供比拟充分可靠的科学根据，为同行业烟气排放达标治理提供参考。【由于本篇文章为硕士论文，如需全文请点击底部下载全文链接】1.2、氮氧化物控制技术的研究现在状况和发展趋势1.2.1、燃料和助燃空气的预处理1.2.2、燃烧装置的优化1.2.3、对烟气的处理1.2.4、理论研究及应用进展1.3、研究内容和方式方法1.3.1、研究内容1.3.2、研究方式方法2、氮氧化物生成及控制技术分析2.1、氮氧化物的生成机理及途径2.1.1、氮氧化物的生成机理2.1.2、氮氧化物生成途径.2.2、氮氧化物控制技术2.2.1、燃烧前控制氮氧化物排放2.2.2、燃烧中控制氮氧化物排放2.2.3、燃烧后控制氮氧化物排放2.2.4、氮氧化物控制工艺技术.2.2.5、燃烧后氮氧化物脱除工艺技术比拟.2.2.6、烟气再循环燃烧2.2.7、低氨技术的比照分析2.3、本课题研究内容3、燃气锅炉运行现在状况分析.3.1、燃气锅炉大概情况3.1.1、装置简介3.1.2、技术特点3.1.3、工艺流程讲明3.2、燃气锅炉烟气排放现在状况分析3.2.1、燃气锅炉生产运行情.况.3.2.2、烟气排放指标要求.3.2.3、锅炉烟气排放现在状况3.2.4、烟气排放存在问题分析.3.2.5、治理前的烟气排放运行控制4、锅炉烟气氮氧化物控制技术应用研.4.1、对本研究选取降氮措施的分析4.2、A锅炉氮氧化物排放达标治理4.2.1、A锅炉运行现在状况.4.2.2、治理方案的制定4.2.3、治理方案的施行4.2.4、改造效果分析4.2.5、经济与社会效益及推广.4.3、B锅炉氮氧化物排放达标治理4.3.1、B锅炉运行现在状况4.3.2、治理方案的论证4.3.3、治理方案的施行4.3.4、效果验证4.3.5、经济与社会效益及推广4.4、对两台锅炉达标治理的比拟4.5、采取改造措施合理性分析4.6、运行中烟气氮氧化物排放影响因素分析5、降低氮氧化物的运行控制及制度完善.5.1、运行调节及故障处理5.1.1、烟气再循环调节的注意事项5.1.2、运行中控制氮氧化物调节方式方法的.选择.5.1.3、异常情况的判定及处理方式方法5.2、氮氧化物异常排放管理5.2.1、锅炉烟气外排氮氧化物浓度超标事件的管理.5.2.2、开停炉期间氮氧化物的管理.5.2.3、污染源在线监测数据超标断定和豁免规则5.3、环保设施的日常检查维护5.4、管理制度完善.5.4.1、环保点源源长制.5.4.2、环保排放指标的升级管理.6、结论本课题以某厂UG-130/3.82-Q型及UG-75/3.82-Q4型燃气锅炉为研究对象，概述了污染物排放现在状况并进行了原因分析，制定了治理方案，并对方案进行了施行。主要结果和结论如下：经过对原有燃烧器