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脱硫脱硝废气

烟气脱硝

一、技术背景

SCR脱硝技术是利用NH3(包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨)在催化条件下于320~400℃与NOx发生氧化还原反应生成N2和水,SNCR是NH3在高温(800-1000℃)下与NOx发生反应;烟气脱硝添加剂脱硝新技术是在中等反应温度450~800℃,无催化剂条件下与NOx发生氧化还原反应,从而达到脱硝的目的,我们称之为烟气脱硝添加剂脱硝新技术。

二、技术现状

在众多烟气脱硝技术中,SCR和SNCR是应用最为广泛的两种技术。

SCR 由于其反应温度较低、脱硝效率高等优点,已成为控制烟气中NOx的首选方法。在SCR 技术中催化剂是核心,催化剂的性能直接影响NOx的脱除效果,其成本约占SCR系统总成本的20%~40%,运行成本占40-50%。催化剂容易中毒,增加了系统的不稳定性;

SNCR脱硝技术是在炉膛或烟道合适温度(850~1000℃)的位置喷入氨基还原剂或尿素,无需催化剂,利用还原剂释放出的NH3选择性地将烟气中的NOx还原为无害的N2和水。在SNCR 工艺中存在如下问题:含量10-20%氨或尿素水溶液喷入反应区内会造成高温反应区内骤然大幅降温,而且反应区内各区域的温度不均匀,从而导致脱硝效率低下,目前一般的脱硝效率仅为30-50%,而且系统在900℃时的脱硝效果几近为零,并且影响炉内燃烧效率。SNCR技术脱硝率中等,不需要催化剂,运行费用较低,建设周期短,适合中小型锅炉的改造。

针对SCR和SNCR技术的缺点,我们研究开发了烟气脱硝添加剂脱硝新技术。

三、烟气脱硝添加剂脱硝新技术

1、烟气脱硝添加剂脱硝原理

SNCR脱硝技术的核心是NH3在高温下与NOx发生氧化还原反应;SCR脱硝技术的核心是利用NH3在催化条件下与NOx发生氧化还原反应,那么,我们能否找到一种还原剂及其生产技术,使它具有比NH3高的反应活性,既不需要催化剂,也不需要太高的反应温度,而能够与NOx发生氧化还原反应而达到脱硝的目的?

现在,我们发现了一种烟气脱硝添加剂脱硝新技术,它能够在反应温度450~800℃,无催化剂条件与NOx发生氧化还原反应,从而达到脱硝的目的。我们称之为烟气脱硝添加剂脱硝新技术。它的技术特点与SCR、SNCR对比如下:

烟气脱硝添加剂烟气脱硝技术与SCR、SNCR技术的对比

内容

SCR

SNCR

烟气脱硝添加剂

还原剂

NH3或尿素

尿素或NH3

烟气脱硝添加剂

反应温度

320~400℃

850~1250℃

450~800℃,

催化剂

成份主要为TiO2,V2O5,WO3

不使用催化剂

不使用催化剂

脱硝效率

70%~90%

大型机组 25%~40%,小型机组配合LNB、OFA 技术可达80%

70%~90%

反应剂喷射位置

多选择于省煤器与SCR 反应器间烟道内

通常炉膛内喷射

适合温度窗口

SO2氧化

会导致SO2氧化

不导致SO2氧化

不导致SO2氧化

NH3 逃逸

<3ppm

5~10ppm

<3ppm

对空气预热器影响

催化剂中的V、Mn、Fe等多种金属会对SO2的氧化起催化作用,SO2氧化率较高,而NH3与SO3易形成H4HSO4造成堵塞或腐蚀

不会因催化剂导致SO2的氧化

不会因催化剂导致SO2的氧化,造成堵塞或腐蚀的机会为三者最低

系统压力损失

催化剂会造成较大的压力损失

没有压力损失

没有压力损失

燃料的影响

高灰分会磨耗催化剂,碱金属氧化物会使催化剂钝化

无影响

无影响

锅炉的影响

受省煤器及出口烟气温度的影响

受炉膛内烟气流速、温度分布及NOx分布的影响

受烟气流速、温度分布的影响小

占地空间

大(需增加大型催化剂反应器和供氨或尿素系统)

小 ( 锅炉无需增加催化剂反应器)

较小

安全性

液氨法有安全隐患

环保性

中和氨气会产生废氨水

现有基础上的改造

附加转向叶片、混合器和导流板,氨喷射格栅,液氨处理系统吹灰器

喷射器安装口MNL支撑和滑道,温度监视

烟气脱硝添加剂发生系统,喷射系统

风机要求

平衡通风或强制通风锅炉需更大的FD/ID风机

技术难点

广泛应用

比较成熟

喷入温度限定900℃左右,大型电厂锅炉应用较少

暂无工业应用

从上表可以看出,烟气脱硝添加剂脱硝新技术具有SCR和SNCR两者的优点,既具有SCR技术高的脱硝率又具有SNCR技术建设投资费用低、运行费用低的优势,从而克服了两者的缺点,具有广阔的发展前景。

2、烟气脱硝添加剂脱硝工艺流程

首先建立一套烟气脱硝添加剂发生装置,然后通过计量系统,利用喷射格栅喷入脱硝反应区内,使其与烟气充分混合并接触反应。其中,脱硝反应温度为450~800℃。烟气脱硝添加剂与烟气中NOx反应迅速。

整个系统包括发生系统、计量系统、喷射格栅等。

烟气脱硝添加剂脱硝新技术的NOx脱除效率主要取决于适当的反应温度、烟气脱硝添加剂和NOx的化学计量比、混合程度、反应时间等。研究表明烟气脱硝添加剂烟气脱硝工艺的温度控制至关重要,最佳反应温度是650℃,若温度过低,烟气脱硝添加剂的反应不完全,可能造成烟气脱硝添加剂泄漏;而温度过高,烟气脱硝添加剂则容易被氧化为NOx,抵消了烟气脱硝添加剂的脱除效率。温度过高或过低都会导致还原剂的损失以及NOx脱除率的下降。通常设计合理的烟气脱硝添加剂烟气脱硝工艺可达到70%-90%的NOx脱除效率。

3、烟气脱硝添加剂脱硝技术特点

(1)系统简单:不需要改变现有锅炉的设备设置,而只需在现有燃煤锅炉的基础上增加烟气脱硝添加剂发生装置,通过计量系统、适合的温度窗口及喷射格栅即可,系统结构比较简单;

(2)系统投资小:相对于SCR投资大约在40~60美元/kW的昂贵造价及高运行成本,烟气脱硝添加剂烟气脱硝工艺由于其系统简单(投资大约在15美元/kW,以及运行中不需要昂贵的催化剂,显然更适合我国国情;

(3)阻力小:对锅炉的正常运行影响较小;

(4)系统占地面积小:烟气脱硝添加剂发生装置占地面积小。

4、烟气脱硝添加剂烟气脱硝技术的适应性分析

(1)在烟气脱硝添加剂脱硝新技术系统设计上,采用自动调节方式,通过炉内的蒸汽量、风量及煤粉的含氮量,用表比的方法,自动调整烟气脱硝添加剂的喷入量,达到所需的处理效果。

(2)由于烟气脱硝添加剂烟气脱硝系统采用气气混合并利用喷射格栅,只要烟气温度>450℃,即可达到预期的处理效果。在锅炉的不同负荷条件下,气气混合的适应性、稳定性、脱硝效率和有效温度区间内比液气混合更好,对炉内工况影响小。

(3)烟气脱硝添加剂烟气脱硝系统采用气化工艺,只与节热气等接触,所以不会对锅炉本体造成损坏。

5、烟气脱硝添加剂烟气脱硝技术的工程应用

烟气脱硝添加剂脱硝新技术虽然暂无工业应用,但由于投资少,具有SCR和SNCR的优点,同时克服了两者的缺点,因此具有广阔的发展前景。

目前,可利用适合的温度窗口进行脱硝试验,取得基本数据后再进行技术推广。

四、技术前景

烟气脱硝添加剂脱硝新技术具有重大的理论突破和应用技术突破,它具有以下优势:

①现有脱硝技术是利用NH3(包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨)在高温下(SNCR技术)或催化条件下(SCR技术)与NOx发生反应而达到脱硝的目的,烟气脱硝添加剂烟气脱硝技术是利用烟气脱硝添加剂还原剂在中等反应温度、无需催化剂条件下与NOx发生反应而达到脱硝目的,具有重大的理论突破。

②烟气脱硝添加剂烟气脱硝新技术具有设备投资少、脱硝效率高、运行成本低和适用范围广的特点,是一项具有广泛应用前景的脱硝技术,对于解决我国目前的脱硝难题具有重要的现实意义。

③烟气脱硝添加剂烟气脱硝新技术克服了现有SCR技术的催化剂投资大、烟气成分影响大、运行成本高等诸多缺点,克服了SNCR技术的反应温度高、还原剂与烟气混合程度差、脱硝效率低、氨气逸出量大等一系列缺点。

④烟气脱硝添加剂烟气脱硝新工艺不用催化剂,解决了目前我国脱硝催化剂质量不高、生产成本高、烟气成分影响大、运行费用高等一系列重要问题;烟气脱硝添加剂烟气脱硝反应温度不高,反应选择性好,避免了SNCR脱硝工艺所存在的多种问题。

⑤烟气脱硝添加剂烟气脱硝技术只需建立烟气脱硝添加剂发生装置及其计量喷射系统,对锅炉的影响很小。

⑥烟气脱硝添加剂烟气脱硝技术所具有的多种优势,使它适用于多种工业锅炉和工业窑炉的烟气脱硝,直至汽车尾气的处理。

目前,由于氮氧化物及其衍生产物PM2.5对我国环境污染的加重,我国的脱硝问题已成为十分紧迫的现实问题。国家近期出台了一系列方针政策来促进脱硝技术的实施,但由于脱硝技术难度大、投资成本高、运行费用大等一系列问题,脱硝工作进展不尽人意。烟气脱硝添加剂烟气脱硝新技术所具有的多种优势将会有力促进我国的脱硝工作。


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