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      煙氣脫硝工藝的選擇

      2019-09-10 23:34:23宋宗文
      關(guān)鍵詞:還原法爐膛選擇性

      宋宗文

      摘 要:近年來我國空氣污染日趨嚴(yán)重,極端惡劣氣候頻繁出現(xiàn)。我國的能源特點(diǎn)造成火電廠主要以燃煤為主,其煙氣脫硝越來越受到重視。目前,世界各國開發(fā)的煙氣脫硝工藝種類繁多,各種脫硝工藝優(yōu)缺點(diǎn)不同,不同火電廠又存在其自身特點(diǎn),因此脫硝工藝的選擇具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

      關(guān)鍵詞:煙氣脫硝;工藝選擇

      1 前言

      NOx水溶性和活性都較差,因此其治理難度大,技術(shù)要求高,煙氣脫硝技術(shù)種類較多,大致包括四大類。第一,按脫硝機(jī)理不同分為:傳統(tǒng)NOx治理技術(shù)和等離子體過程N(yùn)Ox治理技術(shù)。第二,按脫硝作用原理不同分為:催化還原、吸收和吸附三大類。第三,按脫硝工作介質(zhì)不同分為:干法和濕法兩大類。第四,按NOx產(chǎn)生前后分為:燃料脫硝(燃燒前脫硝)、燃料中脫硝和煙氣脫硝(燃燒后脫硝)。

      2 煙氣脫硝工藝的選擇

      目前控制NOx排放的措施大致分為三類,第一類是低NOx燃燒技術(shù),通過各種技術(shù)手段,抑制或還原燃燒過程中生成的NOx,來降低NOx排放;第二類是爐膛噴射脫硝技術(shù);第三類是煙氣凈化技術(shù),煙氣凈化技術(shù)包括濕法脫氮技術(shù)和干法脫氮技術(shù)。

      2.1 選擇性催化還原法(SCR)脫硝工藝

      催化劑種類決定了采用選擇性催化還原法脫硝的反應(yīng)溫度,因此,決定了催化劑室在尾部煙道中的布置位置,或者說催化劑室決定了催化劑的種類。該方法的NOx脫除率能達(dá)到90%以上,因此,在環(huán)境保護(hù)方面,具有相當(dāng)好的應(yīng)用前景。由催化劑反應(yīng)器、催化劑、氨儲存及制備區(qū)和氨噴射稱為系統(tǒng)選擇性催化劑脫硝法的系統(tǒng)主要組成部分。催化劑反應(yīng)器可以布置在鍋爐煙道中的三個(gè)位置:布置在鍋爐省煤器后、空氣預(yù)熱器前,此部位溫度約為350℃左右(簡稱前置式布置)。因此位置的環(huán)境溫度適合于大多數(shù)催化劑的工作溫度,所以被廣泛應(yīng)用。但也因?yàn)榇颂師煔饣曳州^多,容易造成催化劑宜中毒、燒結(jié)、催化劑內(nèi)部煙道堵塞及反應(yīng)器磨損等。

      目前電廠采用得最多的布置方式是前置式布置。選擇性催化脫硝法(SCR)技術(shù)的特點(diǎn)如下:(1)煙氣脫硝效率高,可達(dá)90%以上。(2)反應(yīng)溫度較SNCR低,可選擇的催化劑種類較多。(3)反應(yīng)器一般布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間,也可布置在FGD后端。(4)煙氣中含有大量的SO2,催化劑可使部分SO2氧化,生成較難處理的SO3,并可能與泄漏的氨生成腐蝕性很強(qiáng)的硫酸銨(或者硫酸氫銨)鹽物質(zhì),因而容易腐蝕后續(xù)的空氣預(yù)熱器,因此要求較低的氨逃逸率和SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。(5)氨逃逸較小,一般控制在3~5ppm,SO2/SO3轉(zhuǎn)化率一般不大于1%,可有效控制硫酸銨(或者硫酸氫銨)的生成。

      2.2 選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝工藝

      爐膛噴射脫硝的本質(zhì)是在在一定的溫度條件下,在爐膛上部噴射某種物質(zhì),使其還原已經(jīng)生成的NOx,從而降低NOx的排放量。它包括噴水、噴二次燃料和噴氨等,其中噴水和二次燃料的方法還存在未解決的問題,即如何將NO氧化為NO2和解決非選擇性反應(yīng),目前這兩種技術(shù)還不成熟。噴氨(或尿素)法是一種選擇性降低NOx排放量的方法(因噴入的氨只與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng),而不與煙氣中的其他成分反應(yīng)),當(dāng)不采用催化劑時(shí),NH3還原NOx的反應(yīng)只能在950~1050℃這一狹窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。因此這種方法又稱為選擇性非催化脫硝法(SNCR)。氨的噴入點(diǎn)一般選擇在爐膛上部煙風(fēng)道入口處。

      NCR脫硝技術(shù)特點(diǎn)如下:(1)其脫硝效率一般被限制在20%~40%之間,如再進(jìn)一步增加脫硝效率,氨逃逸率會大幅度加大,對下游設(shè)備造成影響,并可能造成二次污染。(2)不使用催化劑,氨氣和煙氣中的NOx在爐膛中直接反應(yīng)。(3)SNCR反應(yīng)溫度窗口比較窄,如鍋爐運(yùn)行工況變動或煤種變化,都會造成煙氣溫度窗口的變動,因此對于選擇合適的反應(yīng)溫度區(qū)域比較困難;為了滿足反應(yīng)溫度的要求,噴氨控制的要求很高。噴氨控制成了SNCR的技術(shù)關(guān)鍵,也是限制SNCR脫硝效率和運(yùn)行的穩(wěn)定性,可靠性的最大障礙,噴氨量少則無法達(dá)到預(yù)期的脫除NOx的效果,但氨量過大,將在尾部受熱產(chǎn)生硫酸銨,從而堵塞并腐蝕空氣預(yù)熱器。(4)由于反應(yīng)溫度窗的緣故,反應(yīng)時(shí)間以及噴氨點(diǎn)的設(shè)置以及切換受鍋爐爐膛和/或受熱面布置的限制。實(shí)際運(yùn)行中還原反應(yīng)往往達(dá)不到最佳的溫度窗口,如果運(yùn)行溫度高于反應(yīng)溫度,引起NH3氧化成NOx,一方面降低了脫硝效率,另一方面增加還原劑的用量和成本;如果運(yùn)行溫度低于反應(yīng)溫度,會降低NOx的去除效率。(5)SCR在催化劑的作用下,部分SO2會轉(zhuǎn)化成SO3,而SNCR沒有這個(gè)問題,因此SNCR技術(shù)可允許較大的氨逃逸率,SNCR氨逃逸率一般控制在5~15ppm。

      2.3 SNCR-SCR混合法脫硝工藝

      SNCR-SCR混合法將SCR工藝的高效率和SNCR工藝的投資低的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,從而有效地避免了SCR工藝和SNCR工藝存在的不足。這種聯(lián)合工藝技術(shù)不是對兩個(gè)工藝的簡單組合。其前端是SNCR工藝,通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)將氨和尿素溶液噴入爐膛,在高溫作用下與煙氣中NO、發(fā)生非催化還原反應(yīng),脫除一部分NOx,完成反應(yīng)后,未反應(yīng)完的氨進(jìn)入后端SCR工藝,進(jìn)行進(jìn)一步脫硝。SNCR-SCR混合法將SCR工藝和SNCR工藝有效的結(jié)合起來,不但節(jié)約了成本,而且將脫硝效率提高到了95%以上。

      3 三種脫硝工藝的比較分析

      上面分別對選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)和SNCR-SCR混合法等三種煙氣脫硝工藝的原理及其特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,為了更加全面直觀的了解這三種脫硝工藝,下面對三種脫硝工藝進(jìn)行深入的比較分析,見表1。

      從表1可以看出SCR工藝跟SNCR工藝和SNCR-SCR混合工藝相比,反應(yīng)溫度低、脫硝效率高、NH3/NOx摩爾比小、技術(shù)成熟度高、運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性好;SNCR工藝跟SCR工藝和SNCR-SCR混合工藝相比,催化劑用量基本為零、SO2轉(zhuǎn)化為SO3的轉(zhuǎn)化率基本為零、投資及運(yùn)行費(fèi)用成本低;SNCR-SCR混合工藝跟SCR工藝和SNCR工藝相比,還原劑以尿素為主更加安全,其他各指標(biāo)基本都處于SCR工藝和SNCR工藝中間狀態(tài)。

      由此可以看出,三種脫硝工藝各有優(yōu)缺點(diǎn),無法從定性角度直接判斷哪種工藝更優(yōu),因此需要定量評價(jià),從而選出最佳方案。

      參考文獻(xiàn)

      [1]李曉蕓,蔡小峰.混合SNCR-SCR煙氣脫硝工藝及其應(yīng)用[J].華電技術(shù),2008,30(3):22-25.

      [2]李群.電廠煙氣脫硝技術(shù)分析[J].華電技術(shù),2008,30(9):74-76.

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