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脱硫脱硝技术

脱硝技术的划分

常见的脱硝技术中,根据氮氧化物的形成机理,降氮减排的技术措施可以分为两大类:
一类是从源头上治理。控制煅烧中生成NOx。其技术措施:①采用低氮燃烧器;②分解炉和管道内的分段燃烧,控制燃烧温度;③改变配料方案,采用矿化剂,降低熟料烧成温度。
另一类是从末端治理。控制烟气中排放的NOx,其技术措施:①“分级燃烧 SNCR”,国内已有试点;②选择性非催化还原法(SNCR),国内已有试点;③选择性催化还原法(SCR),目前欧洲只有三条线实验;③SNCR/SCR联合脱硝技术,国内水泥脱硝还没有成功经验;④生物脱硝技术(正处于研发阶段)。
国内的脱硝技术,尚属探索示范阶段,还未进行科学总结。各种设计工艺技术路线和装备设施是否科学合理、运行是否可靠?脱硝效率、运行成本、能耗、二次污染物排放有多少等都将经受实践的检验。
脱硝技术具体可以分为:
燃烧前脱硝: 1)加氢脱硝
2)洗选
燃烧中脱硝
1)低温燃烧
2) 低氧燃烧
3)FBC燃烧技术
4)采用低NOx燃烧器
5)煤粉浓淡分离
6)烟气再循环技术
燃烧后脱硝
1)选择性非催化还原脱硝(SNCR)
2) 选择性催化还原脱硝(SCR)
3)活性炭吸附
4)电子束脱硝技术
其中SNCR脱硝效率在大型燃煤机组中可达 25%~40% ,对小型机组可达 80%。由于该法受锅炉结构尺寸影响很大,多用作低氮燃烧技术的补充处理手段。其工程造价低、布置简易、占地面积小,适合老厂改造,新厂可以根据锅炉设计配合使用。
而选择性催化还原技术(SCR) 是目前最成熟的烟气脱硝技术, 它是一种炉后脱硝方法,最早由日本于 20 世纪 60~70 年代后期完成商业运行,是利用还原剂(NH3, 尿素)在金属催化剂作用下, 选择性地与 NOx 反应生成 N2 和H2O, 而不是被 O2 氧化, 故称为“选择性”。目前世界上流行的 SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法 SCR 2种。此 2种方法都是利用氨对NOx的还原功能 ,在催化剂的作用下将 NOx (主要是NO)还原为对大气没有多少影响的 N2和水 ,还原剂为 NH3。
目前,在SCR中使用的催化剂大多以TiO2为载体,以V2O5或V2 O5 -WO3或V2O5-MoO3为活性成分,制成蜂窝式、板式或波纹式三种类型。应用于烟气脱硝中的SCR催化剂可分为高温催化剂(345℃~590℃)、中温催化剂(260℃~380℃)和低温催化剂(80℃~300℃),不同的催化剂适宜的反应温度不同。如果反应温度偏低,催化剂的活性会降低,导致脱硝效率下降,且如果催化剂持续在低温下运行会使催化剂发生永久性损坏;如果反应温度过高,NH3容易被氧化,NOx生成量增加,还会引起催化剂材料的相变,使催化剂的活性退化。目前,国内外SCR系统大多采用高温催化剂,反应温度区间为315℃~400℃。该方法在实际应用中的优缺点如下。
优点:该法脱硝效率高,价格相对低廉,目前广泛应用在国内外工程中,成为电站烟气脱硝的主流技术。
缺点:燃料中含有硫分, 燃烧过程中可生成一定量的SO3。添加催化剂后, 在有氧条件下, SO3 的生成量大幅增加, 并与过量的 NH3 生成 NH4HSO4。NH4HSO4具有腐蚀性和粘性, 可导致尾部烟道设备损坏。虽然SO3 的生成量有限, 但其造成的影响不可低估。另外,催化剂中毒现象也不容忽视。
第三部分锅炉企业的脱硫脱硝技术应用
锅炉企业的脱硫脱硝技术,在国内现有锅炉生产厂家中多以煤或煤气作为燃烧介质,对于燃煤锅炉,国内应用最成熟的工艺是FGD法(利用吸收剂或吸附剂去除烟气中的二氧化硫)脱硫技术,脱硝则以选择性催化还原法SCR技术为主。
FGD法技术对比
技术
优点
缺点
石灰石/石灰—石膏法
脱硫效率高:吸收剂利用高,设备运转率高
投资大,设备占地大,运行费用高
喷雾干燥法
投资较低,设计和运行简单占地较少
脱硫率不高
双碱法
解决结垢问题,减小液气比,降低成本
再生池和澄清池占地面积较大
氧化镁法
脱硫效率高,可用于高硫煤,可回收硫资源
胸膛呢复杂,操作难度大,处室投资高,能耗大
氨法
减少二次污染,降低锅炉运行成本,含硫量适应性较强,能脱去部分氨氧化物和粉尘
氨气需要贮存
炉内喷钙/尾部增湿活性法
工艺简单,占地小
脱硫及消耗量大,易产生粉尘,使除尘负荷加重
电子束法
同时脱硫脱硝,无废水排放,运行操作简单,副产品可做氨肥
核心设备昂贵限制应用
SCR法脱硝技术是世界上最主流的去除NOx的方法,这种方法可以在现有的FGD工艺下加入脱硝装置,在含氧气氛下,还原剂有限与废气中NO反应的催化过程称为选择性催化还原,合适的催化剂和还原剂应具有特点如下:
1)还原剂应具有高的反应性。
2)还原剂可选择性的与NOx反应,而不与烟气中大量存在的氧化性物质反应。
3)还原剂必须价格低廉,以使脱除过程的低成本运作。
4)催化剂应大大降低NOx还原温度。
5)催化剂应具有高的催化活性,以利于烟气中低浓度NOx的有效还原。
6)催化剂选择性的与还原剂与NOx的反应形成N2,而对还原剂与烟气中其他氧化性物质的反应表现惰性。
7)催化剂应具有结构稳定。
8)催化剂不收烟气其他祖坟的毒化。
对于锅炉行业来说,一定要研究同时脱硫脱硝技术,目前国内多为单独脱硫脱硝技术,这种方式造成设备重复建设,能耗大,人员成本、运行成本高,而同时脱硫脱硝技术则可以在一定程度上避免此类问题的发生。