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脱硝技术

5.1、工艺选择原则

脱硝工艺流程选择确定需考虑的主要因素如下:

(1) 工艺过程可靠,满足生产任务的要求。

(2) 操作简便,安全可靠,操作弹性大。

(3) 设备投资费用尽可能低。

(4) 根据不同时期环保排放标准要求,运行成本可在不同操作工况下进行调整,保证在满足环保排放要求情况下,尽可能降低。

5.2、常用烟气脱硝技术简述

    目前常用的烟气脱硝技术主要有两大类,一类是炉内燃烧过程脱硝,一类是烟气脱硝。第一类主要有低氮燃烧、空气分级燃烧(OFA)、燃料分级燃烧(再燃烧)等,第二类烟气脱硝技术主要有SCR、SNCR、微生物法等。

常用炉内燃烧过程脱硝技术比较表

技 术 名 称

效  果

优  点

缺  点

低氮燃烧

最多降低20%

投资较少

导致飞灰含碳量增加

降低投入运行的燃烧器数目

15%—30%

投资低,易于锅炉改装

有引起炉内腐蚀和结渣的可能,并导致飞灰含碳量增加

空气分级燃烧(OFA)

最多30%

投资低

并非对所有炉膛都适用,引起炉内腐蚀和结渣,并降低燃烧效率

低NOx燃烧器

与空气分级燃烧相结合时可达60%

用于新的和改装的锅炉,中等投资

结构比常规燃烧器复杂。不易控制,操作复杂,维修频繁。

烟气再循环(FGR)

最多20%

能改善混合燃烧,中等投资

增加再循环风机,使用不广泛。

燃料分级(再燃烧)

达到50%

适用于新的和改造现有锅炉,可减少已形成的NOX,中等投资

需要增加第二种燃料,可能导致飞灰含碳量增加,运行经验较少

常用不同烟气脱硝技术比较表

工 艺

特   点

优  缺  点

效果

投资

SCR

适合排气量大,连续排放源

二次污染小,净化效率高,技术成熟;设备投资高,关键技术难度大。

80~90%

较高

SNCR

适合排气量大,连续排放源

不用催化剂,设备和运行费用少;NH3用量大,二次污染,难以保证反应温度和停留时间。

30~60%

较低

微生物法

适应范围较大

工艺设备简单、能耗及处理费用低、效率高、无二次污染;微生物环境条件难以控制,仍处于研究阶段。

80%

活性炭吸附法

排气量不大

同时脱硫脱硝,回收NOX和SO2,运行费用低;吸收剂用量多,设备庞大,一次脱硫脱硝效率低,再生频繁。

80~90%

电子束法

适应范围较大

同时脱硫脱硝,无二次污染;运行费用高,关键设备技术含量高,不易掌握。

85%

5.3、常用脱硝技术分析

⑴ 低氮燃烧

低氮燃烧属于炉内脱氮技术的一种,主要原理为燃烧改良,就是控制NOX生成条件以达到脱硝目的,是一种经济的控制NOX的排放策略。控制NOX生成条件即在燃烧过程中,控制燃烧温度,一直保持让氧和氮分开,使二者结合生成NOX的可能性降至最低。

对改造锅炉,根据现有的燃烧系统炉膛结构影响不一,需要进行评估。特别是有时实施过程需对现有的供风系统和炉膛进行较大程度的改造,此方法反而不适用。

另外,由于低氮燃烧法正常情况下,脱硝效率不会大于20%,通常无法单独的满足较严的NOX排放标准。使用的时候还会导致飞灰含碳量增加,影响燃烧效率。

⑵ SNCR 选择性非催化还原技术

其工艺原理是将还原剂氨水或尿素溶液,经过稀释后通过雾化喷射系统直接喷入锅炉合适温度区域(850-1050℃),也称为温度窗口,还原剂与烟气中的氮氧化物发生如下反应:

氨为还原剂

在有氧的条件下: 4NH3+4NO+O2 ─→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2 ─→3N2+6H2O

无氧或缺氧下:   8NH3+6NO2 ─→7N2+12H2O

尿素为还原剂

(NH4)2CO ─→ 2NH2+CO

NH2+NO ─→ N2+H2O

CO+NO ─→ N2+CO2

该方法的特点是,设备简单,运行费用低。但该技术对反应温度非常敏感,存在反应温度窗口 布置位置受到限制。

当反应区温度过低时,大量还原剂来不及反应,从而降低脱硝效率,同时增加还原剂氨的逃逸量。

当反应区温度过高时,氨会直接被氧化,发生如下反应:

4NH3+5O2 ─→4NO+ 6H2O

特别是当温度高于1100℃时,NH3 的氧化反应速度超过还原反应速度而起主导作用,从而造成NO 排放浓度高于基准排放浓度。

SNCR方法在多数情况下的氮氧化物实际脱除率不超过50%,且NH3 逃逸量大。

⑶ SCR选择性催化还原技术

选择性催化还原烟气脱硝系统采用氨气作为还原介质。

SCR装置的主要组成部分包括一个装催化剂的反应器,一个氨储罐和一个还原剂注入系统,国外较多使用无水液氨。其基本原理是把符合要求的氨气喷入到烟道中,与烟气充分混合后进入反应塔,在催化剂的作用下,并在有氧气的条件下,氨气选择性地与烟气中的NOx(主要是NO、NO2)发生化学反应,生成无害的氮气(N2)和水(H2O)。主要反应化学方程式为:

4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 +6H2O

6NO2 + 8NH3 + O2 = 7N2 +12H2O

选择性反应意味着不发生NH3与SO2的反应,但在催化剂的作用下,烟气中的少量SO2 会被氧化成SO3,其氧化程度通常用SO2/SO3转化率表示。在有水的条件下,SCR中未反应的的氨与烟气中的SO3 反应生成硫酸氢铵(4SO4)与硫酸铵[(NH4)2SO4]等一些对反应有害的物质。

SCR工艺可分为高温(345~590℃)、中温(260~450℃)和低温工艺(150~280℃)。SCR装置的运行成本在很大程度上取决于催化剂的寿命,其使用寿命又取决于催化剂活性的衰减速度。SCR反应塔中的催化剂在运行一段时间后,其表面活性都会有所降低,主要存在物理失活和化学失活两种类型。催化剂物理失活主要是指高温烧结、磨损和固体颗粒沉积堵塞而引起催化剂活性破坏;典型的SCR催化剂化学失活主要是碱金属(如Na、K、Ca 等)和重金属(如As、Pt、Pb 等)引起的催化剂中毒。

⑷ 低氮燃烧-SNCR结合法

利用低氮燃烧和SNCR结合,对现有系统进行改造,实现低氮燃烧后,再经SNCR系统,进行选择性非催化还原反应,从而达到脱硝目的。

采用该方案,相对设备改造投资低,运行费用与SCR方法相比,明显降低,但脱出效率仍然低于85%。

两种方式概况见下表。

项  目

NOx控制技术

脱硝效率

NOx控制极限

低NOx燃烧技术

低氮燃烧

≤20%

各种低NOx燃烧技术组合,可将NOx排放 浓度降低到约 350mg/Nm3

低NOx燃烧器

20-30%

空气分级

20-35%

燃料再燃

50%

燃烧优化系统

10-30%

受制于硬件设备

烟气脱硝技术

SCR

90%

50mg/Nm3以下

SNCR

大中型锅炉最多达40%,中小型锅炉及窑炉可达到85%

取决于入口NOx浓度

SNCR-SCR联合工艺

40-90%