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脱硝技术介绍

烟气脱硝技术介绍及各种方案比较

目前主流的烟气脱硝技术有选择性非催化还原技术(SNCR)、选择性催化还原技术(SCR)和SNCR/SCR联合脱硝技术。

SNCR技术

研究发现,在8001250℃这一温度范围内、无催化剂作用下,氨水等还原剂可选择性地还原烟气中的NOx生成N2H2O,基本上不与烟气中的O2作用,据此发展了SNCR脱硝技术。

SNCR烟气脱硝的主要反应为:

NH3为还原剂 4NH3 + 4NO + O2  4N2 + 6H2O

SNCR通常采用的还原剂有氨水、氨水和液氨,不同还原剂的比较如表3.1所列。

3.1 不同还原剂特点

还原剂

特点

尿素

 安全原料 (化肥)

 便于运输

 脱硝有效温度窗口较宽

 溶解要消耗一定热量

氨水

 运输成本较大

 需要较大的储存罐

 脱硝有效温度窗口窄

液氨

 高危险性原料

 运输和存储安全性低

SNCR系统逃逸的氨可能来自两种情况,一是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀,一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应。还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到炉内最有效的部位,如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨不均匀,则会出现分布较高的氨逃逸量。在较大尺寸的锅炉中,因为需要覆盖相当大的炉内截面,还原剂的均匀分布则更困难。为保证脱硝反应能充分地进行,以最少喷入NH3的量达到最好的还原效果,必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。若喷入的NH3不充分反应,则逃逸的NH3不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上,而且烟气中NH3遇到SO3会产生NH4HSO4易造成空气预热器堵塞,并有腐蚀的危险。因此,SNCR工艺的氨逃逸要求控制在8mg/Nm3以下。图1。1为典型SNCR脱硝工艺流程图。

1.1 SNCR工艺系统流程图

SNCR烟气脱硝过程是由下面四个基本过程组成:

Ÿ 还原剂的接收和溶液制备;

Ÿ 还原剂的计量输出;

Ÿ 在锅炉适当位置注入还原剂;

Ÿ 还原剂与烟气混合进行脱硝反应。

SCR技术

选择性催化剂还原(SCR)技术是在烟气中加入还原剂(最常用的是氨和氨水),在催化剂和合适的温度等条件下,还原剂与烟气中的氮氧化物(NOx)反应,而不与烟气中的氧进行氧化反应,生成无害的氮气和水。主要反应如下:

4NO + 4NH+ O2  4N2 + 6H2O

NO + NO2 + 2NH3  2N2 + 3H2O

6NO2 + 8NH3  7N2 + 12H2O

在没有催化剂的情况下,上述化学反应只是在很窄的温度范围内(8001250℃)进行。SCR技术采用催化剂,催化作用使反应活化能降低,反应可在更低的温度条件(320400℃)下进行。

SCR系统的制约因素随运行环境和工艺过程而变化。制约因素包括系统压降、烟道尺寸、空间、烟气微粒含量、逃逸氨浓度限制、SO2氧化率、温度和NOx浓度,都影响催化剂寿命和系统的设计。除温度外,NOxNH3浓度、过量氧和停留时间也对反应过程有一定影响。

SCR系统一般由氨或氨水的储存系统、(氨水转化为氨系统)、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、检测控制系统等组成。SCR脱硝反应器在锅炉尾部一般有三种不同的布置方式,高尘布置、低尘布置和尾部布置,图1。2为目前广泛采用的高尘布置SCR烟气脱硝系统工艺流程图。

1。2 SCR工艺系统流程(高尘布置)

对于一般燃煤或燃油锅炉,SCR反应器多选择安装于锅炉省煤器与空气预热器之间,因为此区间的烟气温度刚好适合SCR脱硝还原反应,氨被喷射于省煤器与SCR反应器间烟道内的适当位置,使其与烟气充分混合后在反应器内与氮氧化物反应,SCR系统商业运行的脱硝效率约为80%90%

SNCR/SCR混合烟气脱硝技术

SNCR/SCR混合技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用末反应氨进行催化反应结合起来,或利用SNCRSCR还原剂需求量不同,分别分配还原剂喷入SNCR系统和SCR系统的工艺有机结合起来,达到所需的脱硝效果,它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率进行有效结合的一种扬长避短的混合工艺。SNCR/SCR混合工艺的脱硝效率可达到6080%,氨的逃逸小于4mg/Nm3。图1.3为典型的SNCR/SCR混合烟气脱硝工艺流程。

1.3 SNCR/SCR联合工艺脱硝流程图

主要烟气脱硝技术的比较

几种主要烟气脱硝技术综合比较情况如表1。2所列。

1。2 SCRSNCRSNCR/SCR技术综合比较

项目

SCR技术

SNCR技术

SNCR/SCR技术

反应剂

NH3

氨水或氨水

NH3

反应温度

320400

8001250

前段:8001000℃,

后段:320400

催化剂

V2O5-WO3/TiO2

不使用催化剂

后段加少量催化剂

脱硝效率

8090%

3060%

5080%

反应剂喷射位置

SCR反应器入口烟道

炉膛内喷射

锅炉负荷不同喷射位置也不同

SO2/SO3氧化

SO2氧化成SO3的氧化率<1%

不会导致SO2氧化,SO3浓度不增加

SO2氧化较SCR

NH3逃逸

<2.5 mg/m3

<8 mg/m3

<4 mg/m3

对空气预热器影响

NH3SO3易形成硫酸氢铵,需控制NH3泄漏量和SO2氧化率,并对空预器低温段进行防腐防堵改造。

SO3浓度低,造成堵塞或腐蚀的机率低

硫酸氢铵的产生较SCR低,造成堵塞或腐蚀的机率比SCR

系统压力损失

新增烟道部件及催化剂层造成压力损失

没有压力损失

催化剂用量较SCR小,产生的压力损失较低

燃料及其变化的影响

燃料显著地影响运行费用,对灰份增加和灰份成分变化敏感,灰份磨耗催化剂,碱金属氧化物劣化催化剂,ASS等使催化剂失活。

基本无影响

影响与SCR相同。由于催化剂较少,更换催化剂的总成本较SCR

锅炉负荷变化的影响

SCR反应器布置需优化,当锅炉负荷在一定范围变化时,进入反应器的烟气温度处于催化剂活性温度区间。

多层布置时,跟随负荷变化容易

跟随负荷变化中等

工程造价

较高

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