火電廠煙氣脫硝

信息來源：發(fā)布時間：2021-03-08閱讀：322

2007年底，我國電力行業(yè) 發(fā) 電容量已經(jīng) 達(dá) 到713GW，其中火電發(fā)電裝機(jī)容量達(dá) 551GW，以火電廠為主排放的 SO：及 N 不斷增加 [1-2]。NO 是大氣主要污染物之一，是造成酸雨和光化學(xué) 煙霧的主要因素。但目前我國電站環(huán)保主要集中于脫硫處理，而在排放控制方面的規(guī)定剛剛開始實(shí) 施[31，與世界先進(jìn)國家相比有很大差距。隨著環(huán)保意識的增強(qiáng) 、相關(guān) 的法律法規(guī) 的健全和執(zhí) 法力度的加大，尤其是 2004—07—0l正式實(shí) 施的《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l 例》規(guī)定了每排放 1kgNO．收費(fèi) 0．63元之后，對燃煤電廠N 的控制勢在必行。

降低 N 的污染主要有 2種措施：改變?nèi)紵绞?，控制燃燒過程中 N 的生成，即低 N 燃燒技術(shù) ；采用煙氣凈化技術(shù) ，對生成的 N 進(jìn)行處理，即煙氣脫硝技術(shù)[41。本文主要對煙氣脫硝的幾種方法進(jìn)行介紹

1 方法介紹

1．1 選擇催化還原法 (SCR)

SCR是目前最成熟的煙氣脫硝技術(shù) ．它是一種爐后脫硝方法 [習(xí)，最早由日本于 20世紀(jì) 60～70年代后期完成商業(yè)運(yùn)行，是利用還原劑(NH，尿素 )在金屬催化劑作用下，選擇性地與 N 反應(yīng) 生成 N 和H：0，而不是被 0：氧化，故稱為“選擇性”。

1．1．1 催化劑的選擇

金屬催化劑有貴金屬和非貴金屬 2類。SCR工藝的催化劑材料一般以 TiO：為載體，并摻入 V：0和 WO 等活性成分，其活性溫度在 280～400℃不等。催化劑的結(jié)構(gòu)可分為蜂窩式和板式 2種，蜂窩式催化劑具有模塊化、比表面積大、全部由活性材料構(gòu)成等特點(diǎn) ，而板式催化劑不易積灰，對高塵環(huán) 境適應(yīng)性強(qiáng) 、壓降小、比表面積小。

1．1．2 還原劑的選擇

在無水氨、氨水和尿素水溶液中進(jìn)行還原劑選擇，首先從安全角度考慮。交通事故中管路、儲存罐、槽車罐泄漏的氨氣要比尿素水溶液的危險(xiǎn)性大得多。盡管防范無水液氨的措施越來越周密，但相應(yīng) 的投資也越大，因此多使用氨水和尿素作為還原劑．特

別是近 10a，采用尿素作為還原劑的比例迅速上升。

1．1．3 常用的方法

1．1．3．1 氨法 SCR

在選擇催化還原工藝中，催化劑直接布置在鍋爐之后，即通常所說的高灰分煙氣段布置[61。煙氣中氮的氧化物主要成分是 NO和 NO：，其主要反應(yīng)方程式為：

4NH3+4NO+O2=4N2t+6H20，

8NH3+6NO2=7N2t+12H20。

NHJNO 為 0．9時，NO 的脫除率可達(dá) 90％。在不添加催化劑的情況下，較理想的 NO 還原溫度為 800～900oC。當(dāng)溫度低于 800℃時，反應(yīng)很緩慢，需要添加催化劑 I。根據(jù) 所選用的催化劑的種類，反應(yīng) 溫度可以選擇在 250～420 ，甚至可以低到80～150 。

1．1_3．2 尿素法 SCR

尿素法 SCR是利用設(shè) 備將尿素轉(zhuǎn)化為氨，然后輸送至 SCR觸媒反應(yīng)器。轉(zhuǎn)換的方法為：將尿素注入一個分解室中，此分解室設(shè)定了尿素分解需要的混合時間、駐留時間及溫度，由分解室分解出來的氨基產(chǎn) 物即成為 SCR的還原劑，通過觸媒實(shí)施化學(xué) 反應(yīng)后生成 NH，及 coJ】。主要化學(xué) 反應(yīng)方程式為：

NH2CONH2+H2O=2NH3T+CO2T。

1．1．4

缺點(diǎn)

燃料中含有硫分，燃燒過程中可生成一定量的SO ：添加催化劑后，在有氧條件下，SO 的生成量大幅增加，并與過量的 NH 生成 NHHSO。NHHSO具有腐蝕性和粘性，可導(dǎo)致尾部煙道設(shè)備損壞。雖然SO，的生成量有限，但其造成的影響不可低估。另

外，催化劑中毒現(xiàn) 象也不容忽視。

1．2 選擇非催化還原法 (SNCR)

選擇非催化還原法是不使用催化劑ll3]、溫度在850～1100 還原 N0 的方法。

1．2．1 還原劑的選擇

尿素較氨有更好的鍋爐內(nèi)分布性能及安全性，因此，在大型鍋爐上，SNCR一般采用尿素作為還原劑。

1．2．2 噴射器的安裝

對于大容量鍋爐．要將多個噴射器安裝在鍋爐的不同部位，且能通過 IZM 模塊進(jìn)行獨(dú)立操作或聯(lián)合操作。對反應(yīng) 劑噴人量和噴人部位進(jìn) 行控制，使SNCR系統(tǒng) 對鍋爐負(fù)荷變動和氨的逃逸量控制具有可操作性。噴射區(qū)數(shù) 量和部位由鍋爐的溫度場和流場確定，應(yīng)用流場和化學(xué)反應(yīng)的數(shù)值模擬優(yōu)化噴射部位 =典型的設(shè) 計(jì)是：設(shè) 置 1～5個噴射區(qū) ，每個區(qū)設(shè)置 4～12個噴射器，噴射器一般布置在鍋爐的過熱器和再熱器之間，對于改造的老鍋爐，也可設(shè)在水冷壁區(qū)。當(dāng)溫度過高時氮被氧化，生成更多的氧化氮；當(dāng)溫度過低時，尿素轉(zhuǎn)化率降低，并形成氨[14-15】。

1．2．3 常用的方法

SNCR工藝的技術(shù) 主要有以下 3種：

(1)美國 Exxon公司的 ThermalDeNOX工藝：過程中噴人 NH ，反應(yīng) 溫度為 870～1200 ，燃油和燃煤電站鍋爐的脫氮率可達(dá) 40％～60％。

(2)美國燃燒技術(shù) 公司 (NFT)的 NOXOut技術(shù) ：過程中噴人尿素，反應(yīng) 溫度為 900～1000℃ ，尿素溶液可直接噴人鍋爐爐膛，若同時噴石灰水還可進(jìn)行脫硫。該技術(shù) 目前在美國和歐洲已得到商業(yè)應(yīng)用，脫氮率達(dá) 35％～70％。

(3)Emcoter公司的二級 DeNOX技術(shù) ：過程中噴人尿素和甲醇，該系統(tǒng) 的第 1臺反應(yīng)裝置安裝于KVA Basel城市垃圾焚燒爐上，獲得 65％～80％的脫氮率。

1．2．4 工藝特點(diǎn)

(1)投資少，是 SCR投資的 20％～30％：脫 NO率中等，為25％～40％；不使用催化劑，因而不會提高煙氣中S0 的氧化率，S0 濃度不會增加，生成的NH，HSO 造成空氣預(yù) 熱器的堵塞和腐蝕程度比 SCR低。

(2)布置相對簡易，且工程造價(jià) 低、占地面積小、維護(hù) 簡便，目前更適合老廠改造．新爐可依鍋爐設(shè) 計(jì) 配合使用。

1．3 SNCR／SCR組合法

SNCR／SCR組合法于 20世紀(jì) 90年代后期研發(fā)成功，并成熟應(yīng)用于多數(shù) 大型燃煤機(jī)組。該技術(shù)結(jié)合了 SCR 和 SNCR 系統(tǒng) 的優(yōu)點(diǎn) ，適合新建大型機(jī)組．同時也適用場地狹窄的老廠改造。應(yīng)用于 SNCR法的化學(xué)還原劑被設(shè) 計(jì)成爐內(nèi)脫硝后，余氨再進(jìn) 入SCR 的催化反應(yīng)裝置實(shí)施脫硝，脫硝效率最高可達(dá)90％。使用的還原劑為尿素，可省去噴氨系統(tǒng)_163。SNCR／SCR組合技術(shù) 可節(jié) 省大量電廠脫硝運(yùn) 轉(zhuǎn)費(fèi)用，是目前電廠最經(jīng) 濟(jì) 的脫硝方式。

1．4 活性炭法 (AC)

利用活性炭特有的大比表面積、多空隙進(jìn) 行脫硫或是脫硝，煙氣 (溫度為 90～150℃)經(jīng)除塵器后便進(jìn)入吸附塔進(jìn)行噴水冷卻。向吸附塔中噴氨氣，氨氣與 N0在活性炭的催化還原作用下生成 N ，實(shí)現(xiàn)脫硝的目的。優(yōu) 點(diǎn)是吸附容量大、吸附過程和催化過程的動力學(xué)過程快、活性炭可再生、機(jī)械穩(wěn)定性高，缺點(diǎn)是易形成熱點(diǎn)甚至引起著火、設(shè)備的體積大、脫硝成本高。

1．5 SNOX／DESONOX法

丹麥的 SNOX法和德國的 DESONOX法是使用催化劑聯(lián)合進(jìn)行脫硫脫硝的 2種方法，從除塵器出來的煙氣進(jìn) 入催化劑反應(yīng) 器進(jìn)行 NO 還原，這一點(diǎn)與用于 SCR設(shè) 備的方法相似：將煙氣加熱到 400～420 ；送人催化反應(yīng)器，使 SO 氧化成 SO ；在換熱器中 S0 與水汽結(jié)合成為硫酸。

兩種方法的基本原理相同，區(qū)別在于氧化和催化還原劑是布置在單獨(dú) 的反應(yīng) 器 (SNOX)里還是聯(lián)合反應(yīng)器 (DESONOX)~。因?yàn)槊摿蚝兔撓醯倪\(yùn)行溫度不同，單獨(dú) 的反應(yīng) 器可以單獨(dú)調(diào) 節(jié)至最佳溫度；在聯(lián) 合反應(yīng) 器中布置的是由技術(shù)制造商自己開發(fā) 的一種特殊的高溫催化還原劑。

3 發(fā)展規(guī)劃

近幾年，新建大型燃煤機(jī)組都按要求同步采用低 NO 燃燒方式，一批現(xiàn)有電廠結(jié)合技術(shù)改造也安裝了低 NO 燃燒器。綜合考慮我國的技術(shù)經(jīng) 濟(jì)發(fā) 展水平和電力企業(yè) 的承受能力，今后將繼續(xù) 應(yīng) 用低NO 燃燒技術(shù) ，繼續(xù)研究脫硝效率更高、經(jīng)濟(jì)性更好的低 NO 燃燒技術(shù) ，為大型火力發(fā) 電機(jī)組提供新一代燃燒技術(shù) ，也為 SCR和 SNCR 技術(shù) 的應(yīng)用提供配套技術(shù)[20-24]。

應(yīng) 考慮在燃燒無煙煤的發(fā) 電廠建立 SCR 和SNCR技術(shù) 的工程示范。通過示范工程，引進(jìn) 、消化國外技術(shù) ，培育出掌握先進(jìn)煙氣脫硝技術(shù) 、具有市場競爭能力的工程公司，為煙氣脫硝的參數(shù)選取、機(jī)組匹配和技術(shù)方法選擇等提供科學(xué)依據(jù) ，從而建立我國的煙氣脫硝工程標(biāo) 準(zhǔn)體系。