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电厂脱硝方法浅议

李建军

(北京洛卡环保技术有限公司,中国 北京 100000)

【摘 要】本文介绍了国内电厂脱硝常用的方法,常使用还原剂的种类,简单阐述了各种脱硝方法及脱硝还原剂的优缺点。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 脱硝;SNCR;SCR;SNCR/SCR;混合法;还原剂

最近十年,我国二氧化硫排放量得到了较好的控制,但与此同时,氮氧化物排放量却快速上升。氮氧化物对人、动植物有损害作用,是形成酸雨和酸雾主要原因之一,与碳氢化合物形成光化学烟雾,也能参与破坏臭氧层,所以氮氧化物的治理迫在眉睫。

从氮氧化物排放来源来看,火电是最大的排放来源,根据2010年环境统计年报的数据,火电氮氧化物排放占比达到 52%,火电行业减排成绩将极大地影响氮氧化物减排目标实现与否。

目前脱硝技术常用有三种方法:SNCR法、SCR法、SNCR/SCR的混合法,以下为三种方法简介。

1 SNCR选择性非催化还原

还原剂在一定温度条件下选择性的与NOx发生还原反应,生成N2和H2O。

SNCR法是把含有NHx基的还原剂(如液氨、氨水、尿素),喷入炉膛850℃-1100℃的区域,该还原剂徐苏热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2和H2O。该方法是以炉膛为反应器,可通过锅炉改造实现。

下图是以尿素为还原剂的流程示意图:

SNCR反应机理:

CO(NH2)2→2NH2+CO

NH2+NOx→N2+H2O

CO+NOx→N2+CO2

还原剂常用的有液氨、氨水、尿素三种,以下分几个方面简述还原剂的特点:

1)技术方面:液氨的脱硝效率最高,液氨可以供纯氨气,直接参加反应,氨逃逸最低;氨水需通过蒸发器,产生的氨气参加脱硝反应,此还原剂氨逃逸在三者居中;尿素需配置成40-60%尿素溶液,溶液输送要有防止低温结晶的措施,尿素溶液喷入脱硝系统后,尿素在高温条件下分解生成氨气,此还原剂氨逃逸最高。

2)安全方面:液氨的危险性最大,纯氨气在空气中的爆炸极限为15-28%,运输及存储都需要在压力容器内,必须有许可证,要求安全性很高,保证无泄漏,电气都需要有防爆措施,氨气稀释要控制混合浓度必须在安全范围内;氨水不属于危险品,氨水的挥发要有一定的报警及防范措施,浓度过高的氨气既有爆炸危险,又会对人体产生伤害;尿素既不是危险品,也不会对人体产生危害,是三者中最安全的还原剂,安全性能最高。

3)经济方面:氨水不属于危险品,运输储存比较方便,并且不需要额外的加热措施,设备简单,系统造价最低;液氨需要蒸发系统,存储区域需要有安全措施,系统造价中等;尿素安全可靠,但是需要有溶解储存系统,还需要有伴热防结晶措施,系统造价高,运行费用也高。

反应温度对SNCR影响很大,反应温度一般为850℃-1100℃,当温度高于1100℃,NH3被氧化为NO,反而造成NOx的排放浓度增大;当温度低于850℃时,反应不完全,会造成所谓的“氨穿透”,造成氨逃逸率高,腐蚀下游设备,造成新的污染。

SNCR法与SCR法相比优点是不使用催化剂;一次性投资,运行费用较低,占地面积小;对煤种变化不敏感;建设周期短,施工简单;不需要更换引风机、空预器;旧设备改造少,尤其适合于改造机组,仅需要还原剂制备区和喷射装置,投资较SCR法小,但存在还原剂耗量大、NOx脱除率低,一般在30%-50%之间;温度窗口的选择和控制比较困难,由于SNCR是在锅炉内部进行,脱硝效率受锅炉设计、锅炉负荷等因素的影响较大。根据上述特点,当现有锅炉的脱硝技术改造效率较低时,SNCR法脱硝技术经济性高,比较适合我国国情,在我国的燃煤电厂脱硝技术中占有重要地位。

2 SCR选择性催化剂还原法

在催化剂的作用下,以NH3,作为还原剂,“有选择”地与烟气中的NOx反应并生成N2。

下图为以液氨为还原剂的SCR法流程示意图:

SCR反应机理:

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

SCR还原剂常用的同样为液氨、氨水、尿素:

1)液氨(或25%氨水)为还原剂时,需要有液氨蒸发装置(氨水蒸发器),氨气需要与稀释风混合,经喷氨格栅进入系统,在催化剂层反应脱硝。

2)尿素为还原剂时,将尿素溶解成50%溶液,经过尿素制氨,将氨气与稀释风混合后,喷入系统脱硝。尿素制氨一般有两种方法,一种是水解方法,尿素溶液通过水解反应器,分解出氨气,在140-160℃、0.4-0.6MPa环境下发生分解反应,此种方法能耗低,产物比较纯净,但尿素不能完全分解,含尿素废水需做处理,且氨水蒸发过程中,对金属有腐蚀,所以蒸发容器的材质选择很重要;另一种方法是热解法,目前这方法在国内比较常见,尿素溶液通过计量装置喷入热解炉内分解,稀释风温度要求600℃左右,此法电消耗较大。

SCR法目前是世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术,对锅炉烟气NOx控制效果十分显著,占地面积小,技术成熟,易于操作。同时SCR技术需要消耗NH3和催化(下转第322页)(上接第300页)剂,存在运行费用高、设备投资大的缺点。

3 SNCR/SCR混合法

此法结合了两种的优势,将SNCR工艺的还原剂喷入炉膛,用SCR工艺使逃逸出的NH3和未脱除的NOx进行催化还原反应。理论上,SNCR法在脱除部分的NOx的同时也在为后面的催化剂脱除更多的NOx提供了所需的氨。典型的混合法装置脱硝效率能达到80%以上,同时逸出的NH3浓度低于10x10-6。

下图为SNCR/SCR混合法流程示意图:

SNCR/SCR混合法还原剂可选择尿素作为还原剂,并且无需热解系统,其特点有相对于SCR工程造价有所降低;脱硝效率高;催化剂用量少,回收量少;较SCR反应器小,具有更好的空间适用性;脱硝系统阻力小,引风机出力小;SO2/SO3转化所引起的腐蚀和ABS阻塞问题小;减少SCR催化剂对煤的敏感度;可以安全地使用尿素作为还原剂,无需热解系统;分步实施,分期到位。

其他脱硝方法还有液体吸收法、微生物吸收法、活性炭吸收法、电子束法。

脱硝方法的选择需要格局实际情况而定,锅炉结构特点、电厂所处的环境、还原剂供应方便与否等因素综合考虑,最根本是要满足经济、安全、排放达标。

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参考文献

[1]火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M].化学工业出版社,2006,12.

[2]燃煤电站烟气污染物排放控制工程丛书.《选择性非催化剂还原法(SNCR)烟气脱硝[M].选择性催化剂还原法(SCR)烟气脱硝[M].中国电力出版社,2011,12.

[责任编辑:曹明明]

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