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脫硫脫硝廢氣

煙氣脫硝

一、技術背景

SCR脫硝技術是利用NH3(包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨)在催化條件下于320~400℃與NOx發生氧化還原反應生成N2和水,SNCR是NH3在高溫(800-1000℃)下與NOx發生反應;煙氣脫硝添加劑脫硝新技術是在中等反應溫度450~800℃,無催化劑條件下與NOx發生氧化還原反應,從而達到脫硝的目的,我們稱之為煙氣脫硝添加劑脫硝新技術。

二、技術現狀

在眾多煙氣脫硝技術中,SCR和SNCR是應用最為廣泛的兩種技術。

SCR 由于其反應溫度較低、脫硝效率高等優點,已成為控制煙氣中NOx的首選方法。在SCR 技術中催化劑是核心,催化劑的性能直接影響NOx的脫除效果,其成本約占SCR系統總成本的20%~40%,運行成本占40-50%。催化劑容易中毒,增加了系統的不穩定性;

SNCR脫硝技術是在爐膛或煙道合適溫度(850~1000℃)的位置噴入氨基還原劑或尿素,無需催化劑,利用還原劑釋放出的NH3選擇性地將煙氣中的NOx還原為無害的N2和水。在SNCR 工藝中存在如下問題:含量10-20%氨或尿素水溶液噴入反應區內會造成高溫反應區內驟然大幅降溫,而且反應區內各區域的溫度不均勻,從而導致脫硝效率低下,目前一般的脫硝效率僅為30-50%,而且系統在900℃時的脫硝效果幾近為零,并且影響爐內燃燒效率。SNCR技術脫硝率中等,不需要催化劑,運行費用較低,建設周期短,適合中小型鍋爐的改造。

針對SCR和SNCR技術的缺點,我們研究開發了煙氣脫硝添加劑脫硝新技術。

三、煙氣脫硝添加劑脫硝新技術

1、煙氣脫硝添加劑脫硝原理

SNCR脫硝技術的核心是NH3在高溫下與NOx發生氧化還原反應;SCR脫硝技術的核心是利用NH3在催化條件下與NOx發生氧化還原反應,那么,我們能否找到一種還原劑及其生產技術,使它具有比NH3高的反應活性,既不需要催化劑,也不需要太高的反應溫度,而能夠與NOx發生氧化還原反應而達到脫硝的目的?

現在,我們發現了一種煙氣脫硝添加劑脫硝新技術,它能夠在反應溫度450~800℃,無催化劑條件與NOx發生氧化還原反應,從而達到脫硝的目的。我們稱之為煙氣脫硝添加劑脫硝新技術。它的技術特點與SCR、SNCR對比如下:

煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝技術與SCR、SNCR技術的對比

內容

SCR

SNCR

煙氣脫硝添加劑

還原劑

NH3或尿素

尿素或NH3

煙氣脫硝添加劑

反應溫度

320~400℃

850~1250℃

450~800℃,

催化劑

成份主要為TiO2,V2O5,WO3

不使用催化劑

不使用催化劑

脫硝效率

70%~90%

大型機組 25%~40%,小型機組配合LNB、OFA 技術可達80%

70%~90%

反應劑噴射位置

多選擇于省煤器與SCR 反應器間煙道內

通常爐膛內噴射

適合溫度窗口

SO2氧化

會導致SO2氧化

不導致SO2氧化

不導致SO2氧化

NH3 逃逸

<3ppm

5~10ppm

<3ppm

對空氣預熱器影響

催化劑中的V、Mn、Fe等多種金屬會對SO2的氧化起催化作用,SO2氧化率較高,而NH3與SO3易形成H4HSO4造成堵塞或腐蝕

不會因催化劑導致SO2的氧化

不會因催化劑導致SO2的氧化,造成堵塞或腐蝕的機會為三者最低

系統壓力損失

催化劑會造成較大的壓力損失

沒有壓力損失

沒有壓力損失

燃料的影響

高灰分會磨耗催化劑,堿金屬氧化物會使催化劑鈍化

無影響

無影響

鍋爐的影響

受省煤器及出口煙氣溫度的影響

受爐膛內煙氣流速、溫度分布及NOx分布的影響

受煙氣流速、溫度分布的影響小

占地空間

大(需增加大型催化劑反應器和供氨或尿素系統)

小 ( 鍋爐無需增加催化劑反應器)

較小

安全性

液氨法有安全隱患

環保性

中和氨氣會產生廢氨水

現有基礎上的改造

附加轉向葉片、混合器和導流板,氨噴射格柵,液氨處理系統吹灰器

噴射器安裝口MNL支撐和滑道,溫度監視

煙氣脫硝添加劑發生系統,噴射系統

風機要求

平衡通風或強制通風鍋爐需更大的FD/ID風機

技術難點

廣泛應用

比較成熟

噴入溫度限定900℃左右,大型電廠鍋爐應用較少

暫無工業應用

從上表可以看出,煙氣脫硝添加劑脫硝新技術具有SCR和SNCR兩者的優點,既具有SCR技術高的脫硝率又具有SNCR技術建設投資費用低、運行費用低的優勢,從而克服了兩者的缺點,具有廣闊的發展前景。

2、煙氣脫硝添加劑脫硝工藝流程

首先建立一套煙氣脫硝添加劑發生裝置,然后通過計量系統,利用噴射格柵噴入脫硝反應區內,使其與煙氣充分混合并接觸反應。其中,脫硝反應溫度為450~800℃。煙氣脫硝添加劑與煙氣中NOx反應迅速。

整個系統包括發生系統、計量系統、噴射格柵等。

煙氣脫硝添加劑脫硝新技術的NOx脫除效率主要取決于適當的反應溫度、煙氣脫硝添加劑和NOx的化學計量比、混合程度、反應時間等。研究表明煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝工藝的溫度控制至關重要,最佳反應溫度是650℃,若溫度過低,煙氣脫硝添加劑的反應不完全,可能造成煙氣脫硝添加劑泄漏;而溫度過高,煙氣脫硝添加劑則容易被氧化為NOx,抵消了煙氣脫硝添加劑的脫除效率。溫度過高或過低都會導致還原劑的損失以及NOx脫除率的下降。通常設計合理的煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝工藝可達到70%-90%的NOx脫除效率。

3、煙氣脫硝添加劑脫硝技術特點

(1)系統簡單:不需要改變現有鍋爐的設備設置,而只需在現有燃煤鍋爐的基礎上增加煙氣脫硝添加劑發生裝置,通過計量系統、適合的溫度窗口及噴射格柵即可,系統結構比較簡單;

(2)系統投資小:相對于SCR投資大約在40~60美元/kW的昂貴造價及高運行成本,煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝工藝由于其系統簡單(投資大約在15美元/kW,以及運行中不需要昂貴的催化劑,顯然更適合我國國情;

(3)阻力小:對鍋爐的正常運行影響較小;

(4)系統占地面積小:煙氣脫硝添加劑發生裝置占地面積小。

4、煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝技術的適應性分析

(1)在煙氣脫硝添加劑脫硝新技術系統設計上,采用自動調節方式,通過爐內的蒸汽量、風量及煤粉的含氮量,用表比的方法,自動調整煙氣脫硝添加劑的噴入量,達到所需的處理效果。

(2)由于煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝系統采用氣氣混合并利用噴射格柵,只要煙氣溫度>450℃,即可達到預期的處理效果。在鍋爐的不同負荷條件下,氣氣混合的適應性、穩定性、脫硝效率和有效溫度區間內比液氣混合更好,對爐內工況影響小。

(3)煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝系統采用氣化工藝,只與節熱氣等接觸,所以不會對鍋爐本體造成損壞。

5、煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝技術的工程應用

煙氣脫硝添加劑脫硝新技術雖然暫無工業應用,但由于投資少,具有SCR和SNCR的優點,同時克服了兩者的缺點,因此具有廣闊的發展前景。

目前,可利用適合的溫度窗口進行脫硝試驗,取得基本數據后再進行技術推廣。

四、技術前景

煙氣脫硝添加劑脫硝新技術具有重大的理論突破和應用技術突破,它具有以下優勢:

①現有脫硝技術是利用NH3(包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨)在高溫下(SNCR技術)或催化條件下(SCR技術)與NOx發生反應而達到脫硝的目的,煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝技術是利用煙氣脫硝添加劑還原劑在中等反應溫度、無需催化劑條件下與NOx發生反應而達到脫硝目的,具有重大的理論突破。

②煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝新技術具有設備投資少、脫硝效率高、運行成本低和適用范圍廣的特點,是一項具有廣泛應用前景的脫硝技術,對于解決我國目前的脫硝難題具有重要的現實意義。

③煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝新技術克服了現有SCR技術的催化劑投資大、煙氣成分影響大、運行成本高等諸多缺點,克服了SNCR技術的反應溫度高、還原劑與煙氣混合程度差、脫硝效率低、氨氣逸出量大等一系列缺點。

④煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝新工藝不用催化劑,解決了目前我國脫硝催化劑質量不高、生產成本高、煙氣成分影響大、運行費用高等一系列重要問題;煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝反應溫度不高,反應選擇性好,避免了SNCR脫硝工藝所存在的多種問題。

⑤煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝技術只需建立煙氣脫硝添加劑發生裝置及其計量噴射系統,對鍋爐的影響很小。

⑥煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝技術所具有的多種優勢,使它適用于多種工業鍋爐和工業窯爐的煙氣脫硝,直至汽車尾氣的處理。

目前,由于氮氧化物及其衍生產物PM2.5對我國環境污染的加重,我國的脫硝問題已成為十分緊迫的現實問題。國家近期出臺了一系列方針政策來促進脫硝技術的實施,但由于脫硝技術難度大、投資成本高、運行費用大等一系列問題,脫硝工作進展不盡人意。煙氣脫硝添加劑煙氣脫硝新技術所具有的多種優勢將會有力促進我國的脫硝工作。


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