CN107909531A - 燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法，属于大气污染防治领域，特别涉及烟气脱硝工艺的确定方法。本发明首先确定脱硝工艺的各项指标；然后根据锅炉的基本数据、锅炉排放数据以及脱硝工艺投资数据，用层次分析法确定不同容量的锅炉各项指标的指标权重；接着建立脱硝工艺的各项指标量化标准；最后用模糊综合评价法对脱硝工艺的各项指标进行定量分析，确定不同容量的燃煤工业锅炉的最优脱硝工艺。本发明解决了现有技术缺少对不同容量燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的系统有效确定方法的问题。本发明可运用于燃煤工业锅炉的污染防治。
Description
技术领域
本发明属于大气污染防治领域，特别涉及烟气脱硝工艺的确定方法。
背景技术
大气污染主要来自工业和燃煤。
燃煤工业锅炉是主要的燃煤装备，排放了大量的污染物，存在保有量大、分布广、能耗高、污染重、热效率较低、装备技术水平偏低等问题。据统计北京市多数中小型燃煤锅炉均分布远郊区县。天津市在役工业锅炉中燃煤锅炉数量占总数的75.4％；河北省35吨/时及以下燃煤工业锅炉占全部燃煤锅炉的65.3％。工业锅炉燃煤多为没有经过洗选的原煤，灰分硫分较高，污染物排放水平较高。
工业锅炉大气污染物控制可以分为燃烧前、燃烧中和燃烧后三大类。燃烧前控制主要是燃料的清洁利用，例如煤的洗选、煤改气等；燃烧中控制主要通过改变锅炉运行条件实现，减少氮氧化物的生成。往往采用燃烧前和燃烧中控制技术仍不能达到排放要求，此时就需要对燃烧后产生的烟气进行净化处理，即烟气污染控制技术。烟气脱硝是指从烟气中去除氮氧化物，是世界各国控制氮氧化物污染、防治酸雨危害的主要措施。
然而烟气脱硝除尘技术种类繁多，不同烟气脱硝工艺皆存在优缺点，不同容量大小的工业锅炉采用不同的脱硝工艺其净化效果和经济成本也不同，然而现阶段对燃煤工业锅炉脱硝工艺的确定主要依靠经验或者投资预算决定，缺乏对不同容量燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的系统有效确定方法，导致锅炉烟气净化效果较差，或者投资过大，却达不到排放标准，最终造成大气污染。
发明内容
本发明为解决现有技术缺少对不同容量燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的系统有效确定方法的问题，提供了一种燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法。
本发明所述燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法，通过以下技术方案实现：
步骤一、确定脱硝工艺的各项指标；
所述指标包括：
一级指标：技术指标、经济指标、环境特性；
二级指标：技术成熟度、宽负荷适应性、系统可升级性能、系统腐蚀性能、占地面积、建设投资、副产物效益、运行费用、单位污染物脱除成本、最低NOx排放水平、脱硝率、氨逃逸、二次污染；
一级指标与二级指标的对应关系为：技术指标对应的二级指标为技术成熟度C1、宽负荷适应性C2、系统可升级性能C3、系统腐蚀性能C4、占地面积C5；经济指标对应的二级指标为建设投资C6、副产物效益C7、运行费用C8、单位污染物脱除成本C9；环境特性对应的二级指标为最低NOx排放水平C10、脱硝率C11、氨逃逸C12、二次污染C13；
步骤二、用层次分析法确定不同容量的锅炉各项指标的指标权重；
步骤三、建立脱硝工艺的各项指标量化标准；
步骤四、用模糊综合评价法对脱硝工艺的各项指标进行定量分析，确定不同容量的燃煤工业锅炉的最优脱硝工艺。
本发明与现有技术相比较，最为突出的特点和显著的有益效果是：
通过本发明方法能够快速简便的确定不同型号的中小型燃煤工业锅炉的最优脱硝工艺，为企业的决策提供帮助，改变了原来凭技术人员经验进行确定的状况；并且，最终所确定的结果97％以上为最优的脱硝工艺，远远高于技术人员经验确定结果的80％左右的准确率，最终达到减轻大气污染和浪费经费的情况。
附图说明
图1是本发明脱硝工艺的各项指标分层图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式给出的燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法，具体是按照以下步骤进行的：
步骤一、确定脱硝工艺的各项指标；
如图1所示，所述指标包括：
一级指标：技术指标、经济指标、环境特性；
二级指标：技术成熟度、宽负荷适应性、系统可升级性能、系统腐蚀性能、占地面积、建设投资、副产物效益、运行费用、单位污染物脱除成本、最低NOx排放水平、脱硝率、氨逃逸、二次污染；
一级指标与二级指标的对应关系为：技术指标对应的二级指标为技术成熟度C1、宽负荷适应性C2、系统可升级性能C3、系统腐蚀性能C4、占地面积C5；经济指标对应的二级指标为建设投资C6、副产物效益C7、运行费用C8、单位污染物脱除成本C9；环境特性对应的二级指标为最低NOx排放水平C10、脱硝率C11、氨逃逸C12、二次污染C13；
步骤二、根据锅炉的基本数据、锅炉排放数据以及脱硝工艺投资数据，用层次分析法确定不同容量的锅炉各项指标的指标权重；(这些数据可以通过实地调差及网上搜集获得)
锅炉的基本数据包括：锅炉容量、锅炉数量、锅炉型号、设计煤种、锅炉效率、实际煤耗、热水、亚氯酸钠液相氧化脱硝、布袋除尘器；
锅炉排放数据包括：占额定负荷百分数、燃料消耗量、测点排气温度、测点排气速度、标干排气量、实测含氧量、基准含氧量、氮氧化物排放浓度、氮氧化物折算浓度；
脱硝工艺投资数据包括：脱硝设备投资、亚氯酸钠、次氯酸钠、水、电、人工费、管理维护费、减排费。
步骤三、建立脱硝工艺的各项指标量化标准；
技术成熟度C1、宽负荷适应性C2、系统可升级性能C3、系统腐蚀性能C4为专家根据性能确定的数值；指标C5～C13采用实际数据；
步骤四、用模糊综合评价法对脱硝工艺的各项指标进行定量分析，确定不同容量的燃煤工业锅炉的最优脱硝工艺。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述脱硝工艺包括：选择性催化还原法SCR、选择性非催化还原SNCR、SCR/SNCR联合工艺、低氮燃烧、液体吸附法、低氮燃烧与SNCR组合工艺。
SCR是目前锅炉脱硝技术中工艺最成熟，且应用最广的技术，脱硝率可达50％～90％。还原剂(氨)液体形态储存于氨罐中。在注入SCR系统烟气之前经由蒸发器蒸发气化，并与稀释空气混合，通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中，充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，脱除NOX。
SNCR是在没有催化剂的作用下，向900～1000℃的炉膛喷入还原剂，迅速热解成NH3气体与烟气中的NOX反应生成N2气体。炉膛中会有一定量的氧气存在，喷入的还原剂与NOX反应，而不与氧气反应。SNCR系统投资小，氨液消耗量大，适用温度较高，NOX脱除率低。
SNCR/SCR联合工艺发挥了SCR的高效和SNCR投资省的特点而发展起来的一项新型工艺。单一的SNCR工艺脱硝效率低(一般在40％以下)，而混合SNCR/SCR工艺可获得较高的脱硝效率(80％以上)。该工艺有催化剂用量少、脱硝系统阻力小、简化还原剂喷射系统和经济可靠等优点。
液体吸收法是主要是利用混合气体中不同的组分，在溶液中溶解度的不同，利用吸收剂除去目标气体。或是让吸收剂与目标气体发生一定的化学反应，将气体从混合气体中分离，从而达到去除的目的。液体吸收法的优点在于工艺及设备简单，处理量较大等。但是缺点也突出：为了提高吸收效果，需要多级吸收，设备占地面积大、运行成本、维护费用高；到了冬天的时候，吸收液遇冷凝固、结晶堵塞液体管道，使得烟气处理达不到对应的标准。
低氮燃烧工艺主要是在改变燃烧条件的基础控制NOx的生成，或将已经生成的NOx降低到最少。低氮燃烧技术有很多种，其中包括低过量空气技术、燃料分级技术空气分级技术、烟气再循环技术等。其中空气分级燃烧是目前应用最普遍的低氮燃烧技术。
其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤二中，确定各项指标的指标权重的具体步骤为：
根据锅炉的基本数据、锅炉排放数据以及脱硝工艺投资数据得到的一级指标的权重具体为：锅炉容量为小于10t/h的燃煤工业锅炉的技术指标权重WB1G1、经济指标权重WB2G1和环境特性权重分别为WB3G1，锅炉容量为[10t/h～35t/h]的燃煤工业锅炉的技术指标权重WB1G2、经济指标权重WB2G2和环境特性权重分别为WB3G2，锅炉容量为(35t/h～65t/h]的燃煤工业锅炉的技术指标权重WB1G3、经济指标权重WB2G3和环境特性权重分别为WB3G3；
分别对不同一级指标下的二级指标两两进行比较，引入标度1-9，按9分位比率排定各评价指标的相对优劣顺序，通过标度的使用得到二级指标Ci在对应一级指标中的权重为Wi，其中，i∈[1,13]。
1-9标度如表1所示：
表1
其中，amn为m因素与n因素重要性比较结果；
其他步骤及参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤四中，用模糊综合评价法对脱硝工艺的各项指标进行定量分析的具体步骤包括：
步骤四一、采用直观简单的隶属函度数对脱硝工艺的各项指标量化标准进行归一化处理，得到各项指标的隶属度；
Ci指标的隶属度为Ri，Ria表示SCR的Ci指标的隶属度，Rib表示SNCR的Ci指标的隶属度，Ric表示SCR/SNCR联合工艺的Ci指标的隶属度，Rid表示低氮燃烧的Ci指标的隶属度，Rie表示液体吸附法的Ci指标的隶属度，Rif表示低氮燃烧与SNCR组合工艺的Ci指标的隶属度；
各二级指标的隶属函数如下：
技术成熟度C1、宽负荷适应性C2、系统可升级性能C3、系统腐蚀性能C4的量化标准，代入线性隶属函数：
其中，x是隶属度函数的变量，分别代表脱硝工艺的各项指标量化标准；y1～y13分别表示指标C1～C13对应的隶属度，C(·)表示隶属度函数。
取低氮燃烧工艺占地面积隶属度为1，其他脱硝工艺占地面积C5为低氮燃烧占地面积与相应脱硝工艺占地面积的比值。
将建设投资大于180元/kW视为建设投资过大，建设投资C6采用线性隶属函数：
副产物效益C7采用线性隶属函数：
运行费用一般在0.0003～0.02元/kW范围内，将大于0.02元/kW视为高费用，小于0.0003元/kW视为低费用，运行费用C8采用线性隶属函数：
单位污染物脱除成本一般在2～10元/kg范围内，将大于10元/kg视为高成本，小于2元/kg视为低成本，单位污染物脱除成本C9采用降半梯形隶属函数：
将脱硝效率小于20％视为低脱硝效率，脱硝率C11采用线性隶属函数：
将氨逃逸C12浓度大于15mg/m3视为污染严重，二次污染主要为氨泄漏，最低NOx排放水平C10、氨逃逸C12和二次污染C13采用线性隶属函数：
步骤四二、根据各项指标的指标权重和隶属度对各项脱硝工艺进行技术指标、经济指标、环境特性的量化评价；
技术指标的量化评价：
经济指标的量化评价：
环境特性的量化评价：
步骤四三、计算锅炉容量为小于10t/h、[10t/h～35t/h]和(35t/h～65t/h]的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价；
锅炉容量为小于10t/h的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价：
锅炉容量为[10t/h～35t/h]的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价：
锅炉容量为(35t/h～65t/h]的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价：
步骤四四、数组G1、G2、G3中的6个元素分别对应选择性催化还原法SCR、选择性非催化还原SNCR、SCR/SNCR联合工艺、低氮燃烧、液体吸附法、低氮燃烧与SNCR组合工艺六种脱硝工艺，分别选取G1、G2、G3中最大的元素对应的脱硝工艺，即为不同容量燃煤工业锅炉的最优脱硝工艺。
其他步骤及参数与具体实施方式三相同。
实施例
本实施例所述的燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法按照以下步骤进行：
步骤一、如图1所示，确定脱硝工艺的各项指标；
步骤二、根据锅炉的基本数据、锅炉排放数据以及脱硝工艺投资数据，用层次分析法确定各项指标的指标权重；
通过专家调查，鉴于全国工业锅炉脱硝脱硫除尘技术基本同步，这里直接引用《长三角地区中小型工业锅炉烟气污染现状及控制技术综合评价[》(余飞翔.长三角地区中小型工业锅炉烟气污染现状及控制技术综合评价[D].浙江大学,2017.)的统计计算结果，一级指标权重如表2所示。
表2
步骤三、建立脱硝工艺的各项指标量化标准；
结合统计数据，得到适于脱硝工艺的指标说明，见表3。
表3
结合技术人员的建议及文献(余飞翔.长三角地区中小型工业锅炉烟气污染现状及控制技术综合评价[D].浙江大学,2017.)和(崔亚兵.燃煤电厂烟气脱硫技术和经济性分析及其模糊综合评价研究[D].东南大学,2005.)，得到各脱硝工艺的各指标量化标准。
步骤四、用模糊综合评价法对脱硝工艺的各项指标进行定量分析，确定不同容量的燃煤工业锅炉的最优脱硝工艺。
具体步骤包括：
步骤四一、采用直观简单的隶属函度数对脱硝工艺的各项指标量化标准进行归一化处理，得到各指标的隶属度；
步骤四二、根据各项指标的指标权重和隶属度对各项脱硝工艺进行技术指标、经济指标、环境特性的量化评价(技术指标的量化评价B1、经济指标的量化评价B2和环境特性的量化评价B3)；
步骤四三、计算锅炉容量为小于10t/h、[10t/h～35t/h]和(35t/h～65t/h]的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价；
锅炉容量为小于10t/h的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价：
锅炉容量为[10t/h～35t/h]的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价：
锅炉容量为(35t/h～65t/h]的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价：
步骤四四、从综合评价结果来看：
锅炉容量为小于10t/h时，低氮燃烧法最为合适；
锅炉容量为[10t/h～35t/h]时，低氮燃烧法为最优；
锅炉容量为(35t/h～65t/h]时，低氮燃烧法最为合适，其余技术表现相当。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法，其特征在于，所述划分方法具体包括以下步骤：
步骤一、确定脱硝工艺的各项指标；
所述指标包括：
一级指标：技术指标、经济指标、环境特性；
二级指标：技术成熟度、宽负荷适应性、系统可升级性能、系统腐蚀性能、占地面积、建设投资、副产物效益、运行费用、单位污染物脱除成本、最低NOx排放水平、脱硝率、氨逃逸、二次污染；
一级指标与二级指标的对应关系为：技术指标对应的二级指标为技术成熟度C1、宽负荷适应性C2、系统可升级性能C3、系统腐蚀性能C4、占地面积C5；经济指标对应的二级指标为建设投资C6、副产物效益C7、运行费用C8、单位污染物脱除成本C9；环境特性对应的二级指标为最低NOx排放水平C10、脱硝率C11、氨逃逸C12、二次污染C13；
步骤二、用层次分析法确定不同容量的锅炉各项指标的指标权重；
步骤三、建立脱硝工艺的各项指标量化标准；
步骤四、用模糊综合评价法对脱硝工艺的各项指标进行定量分析，确定不同容量的燃煤工业锅炉的最优脱硝工艺。
2.根据权利要求1所述燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法，其特征在于，步骤一中所述脱硝工艺包括：选择性催化还原法SCR、选择性非催化还原SNCR、SCR/SNCR联合工艺、低氮燃烧、液体吸附法、低氮燃烧与SNCR组合工艺。
3.根据权利要求2所述燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法，其特征在于，步骤二中，确定各项指标的指标权重的具体步骤为：
锅炉容量为小于10t/h的燃煤工业锅炉的技术指标权重WB1G1、经济指标权重WB2G1和环境特性权重分别为WB3G1，锅炉容量为[10t/h～35t/h]的燃煤工业锅炉的技术指标权重WB1G2、经济指标权重WB2G2和环境特性权重分别为WB3G2，锅炉容量为(35t/h～65t/h]的燃煤工业锅炉的技术指标权重WB1G3、经济指标权重WB2G3和环境特性权重分别为WB3G3；通过引入标度得到二级指标Ci在对应一级指标中的权重为Wi，其中，i∈[1,13]。
4.根据权利要求3所述燃煤工业锅炉烟气脱硝工艺的确定方法，其特征在于，步骤四中，用模糊综合评价法对脱硝工艺的各项指标进行定量分析的具体步骤包括：
步骤四一、采用隶属函度数对脱硝工艺的各项指标量化标准进行归一化处理，得到各项指标的隶属度，Ci指标的隶属度为Ri，Ria表示SCR的Ci指标的隶属度，Rib表示SNCR的Ci指标的隶属度，Ric表示SCR/SNCR联合工艺的Ci指标的隶属度，Rid表示低氮燃烧的Ci指标的隶属度，Rie表示液体吸附法的Ci指标的隶属度，Rif表示低氮燃烧与SNCR组合工艺的Ci指标的隶属度；
步骤四二、根据各项指标的指标权重和隶属度对各项脱硝工艺进行技术指标、经济指标、环境特性的量化评价；
技术指标的量化评价：
经济指标的量化评价：
环境特性的量化评价：
步骤四三、计算锅炉容量为小于10t/h、[10t/h～35t/h]和(35t/h～65t/h]的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价；
锅炉容量为小于10t/h的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价：
锅炉容量为[10t/h～35t/h]的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价：
锅炉容量为(35t/h～65t/h]的燃煤工业锅炉的脱硝工艺综合量化评价：
步骤四四、数组G1、G2、G3中的6个元素分别对应选择性催化还原法SCR、选择性非催化还原SNCR、SCR/SNCR联合工艺、低氮燃烧、液体吸附法、低氮燃烧与SNCR组合工艺六种脱硝工艺，分别选取G1、G2、G3中最大的元素对应的脱硝工艺，即为不同容量燃煤工业锅炉的最优脱硝工艺。
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