隨著我國工業的也在增加,氮氧化物的排放量也在急速增加。如果不采取有效的控制措施,中國大氣污染的性質會發生根本性的變化,引起一系列城市和地區環境問題,威脅人體健康和生態環境。我國是煤炭大國,目前集中供熱熱源還是以煤炭鍋爐房、煤炭熱發電廠為主,燃燒產品中氮氧化物含量高,應采取有效脫硝措施。本文將討論選擇性非催化還原脫硝-選擇性催化還原脫硝聯合脫硝技術的工程應用。
1脫硝工藝的特點
表1各種脫硝工藝的特點
液體吸收法主要包括吸水法、酸性吸收法、堿中和吸收法等,我國化工行業廢氣處理常采用此法,不太適合以一氧化氮排放為主的燃煤煙氣處理。微生物法具有工藝設備簡單、能耗和處理費用低、效率高、無二次污染等優點,但目前仍處于研究階段,工業應用尚未報道。
活性炭吸附法不僅可以吸附煙氣中的氮氧化物,對二氧化硫也有很強的吸附作用,但該工藝對二氧化硫的脫除反應優先于氮氧化物,系統復雜,活性炭再生頻繁。電子束法是干法處理過程,不產生廢水廢渣,可同時實現脫硫脫硝,效率高,但設備成本高,電子加速器維護困難,副產品市場價值低。
SCR脫硝工藝以技術成熟、脫硝效率高的優勢,成為火力發電廠脫硝的主流技術。在SNCR脫硝技術低運行費用特征的基礎上,SNCR-SCR聯合脫硝技術綜合了SCR脫硝技術高脫硝效率和低氨溢出率的特征,SNCR-SCR聯合脫硝技術具有高脫硝效率、低運行費用、適度成本的特征。
2、SNCR-SCR聯合脫硝工藝機理
SNCR脫硝工藝是將還原劑(氨、尿素、尿素作為還原劑時,爐膛內需通過熱分解得到氨)噴入爐膛溫度800~1100℃的區域,還原劑和煙霧中的氮氧化物進行非催化還原反應。該技術以爐膛為反應器,通過改造爐膛實現。SNCR脫硝工藝的反應物儲存和操作與SCR脫硝工藝類似,但前者需要的還原劑量比后者多。SCR脫硝技術是指在金屬催化劑的作用下,用氨將煙中的氮氧化物還原為N2、H2O。
3工程應用
3.1工程概況
某燃煤鍋爐房設計規模為2臺熱功率為116MW的鏈爐排熱水鍋爐,2臺蒸發量為100t/h的鏈爐排蒸汽鍋爐,燃煤低位發熱量為22.11MJ/kg,燃煤中氮的質量分數為0.7%,當地環保部門要求煙中氮氧化物質量分數不得大于200mg/m3。本文以其中一臺100t/h鏈條爐排蒸汽鍋爐為例,介紹排煙脫硝方案。
3.2氮氧化物排放量計算
經計算,鍋爐煙氣一氧化氮排放量為28099.4mg/s。鍋爐最大連續蒸發量的情況下,鍋爐排煙量為21×104m3/h,可計算,排煙中一氧化氮的質量濃度為481.7mg/m3,比環境保護部門要求的200mg/m3高281.7mg/m3。因此,脫硝裝置要求的最低脫硝效率為58.5%。
3.3催化劑與還原劑的選擇
①化劑
用于SCR脫硝工藝的催化劑有貴金屬催化劑和普通金屬催化劑,由于貴金屬催化劑易與硫發生反應,而且價格昂貴,因此工程中極少采用;普通金屬催化劑的效率要稍微低一些,要求煙氣有較高的溫度(300~420℃)。考慮到實際應用,該工程采用普通金屬催化劑(V2O5-TiO2)。在V2O5-TiO2催化劑中,V2O5是最重要的活性成分,具有較高的脫硝效率,但同時也促進SO2向SO3轉換,TiO2具有較高的活性和抗SO2性能,作為催化劑載體。
②還原劑
表2液氨、氨水和尿素的技術經濟性比較
罐車通過氣力輸送將尿素送入材料倉庫保管,干尿素從材料倉庫排出材料進入溶解罐。為了保證尿素的溶解度,在溶解罐上安裝攪拌和伴熱設備。尿素溶液通過溶液泵送到爐膛噴嘴,高壓尿素溶液通過壓縮空氣引出,霧化后噴入爐膛中的800~1100℃的空間,尿素溶液在此進行熱分解,熱分解的氨和煙中的氮氧化物進行恢復反應。
3.4脫硝系統設計
圖1SNCR-SCR1SNCR-SCR聯合脫硝技術的系統流程
②空氣預熱器設計
在煙霧脫硝過程中,總是有一部分氨逃跑,煙霧中的SO2在富裕的O2作用下,少部分氧化成SO3(V2O5也促進SO2轉換成SO3),逃跑的氨和煙霧中的SO3反應,硫酸氫和硫酸
3.5環境效益
該工程采用的SNCR-SCR聯合脫硝工藝設計脫硫效率為80%,考慮到煙參數波動和催化劑老化的影響,實際運行效率約為75%。煙氣經脫硝處理后,尾部煙氣中氮氧化物質濃度為120.4mg/m3,低于當地環境保護部門對煙氣中氮氧化物質濃度上限的要求。
4結語
火力發電廠等大型企業最早建立煙氣脫硝系統,但燃煤鍋爐室與火力發電廠等大型企業具有不同的運行模式和特點,不同的脫硝技術也具有自己的特點。在實際工程應用中,不能照搬火電廠的建設模式,應綜合考慮脫硝效率、系統成本、運行成本等多種因素。
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