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在燃煤锅炉产生的氮氧化物(NOx)中,绝大部分为一氧化氮(NO),其毒性不是很大,但是在大气中易被氧化成二氧化氮(NO2)。二氧化氮比较稳定,其毒性是一氧化氮的4~5倍,空气中二氧化氮的体积分数达到(20~50)×10-6时,就会对人体器官产生强烈的刺激。此外,氮氧化物还是化学烟雾和酸雨形成的重要贡献者。

随着我国工业的不断发展,能源消耗也不断提高,氮氧化物的排放量也随之快速增长。若不采取有效控制措施,将使我国大气污染的性质发生根本性的变化,从而导致一系列的城市和区域环境问题,对人体健康和生态环境构成威胁。我国是一个煤炭大国,目前集中供热热源还是以燃煤锅炉房、燃煤热电厂为主,燃烧产物中氮氧化物的含量较高,必须采取有效的脱硝措施。本文对选择性非催化还原脱硝-选择性催化还原脱硝联合脱硝工艺的工程应用进行探讨。

1脱硝工艺的特点

SCR联合脱硝工艺的工程应用

 

表1各种脱硝工艺的特点

SCR联合脱硝工艺的工程应用

液体吸收法主要包括水吸收法、酸性吸收法、碱中和吸收法等,我国化工行业废气处理常采用这种方法,对于以一氧化氮排放为主的燃煤烟气处理不太适合。虽然微生物法具有工艺设备简单、能耗和处理费用低、效率高、无二次污染等优点,但目前仍处于研究阶段,工业应用还鲜有报道。

活性炭吸附法不仅可吸附烟气中的氮氧化物,对二氧化硫也有较强的吸附作用,但该工艺对二氧化硫脱除反应优先于氮氧化物,且系统比较复杂,活性炭再生频繁。电子束法为干法处理过程,不产生废水废渣,能同时实现脱硫脱硝,效率较高,但设备造价高,电子加速器维护难度高,副产品市场价值不高。

SCR脱硝工艺凭借技术成熟、脱硝效率高的优势,已成为火力发电厂脱硝的主流工艺。在SNCR脱硝工艺低运行费用特点的基础上,SNCR-SCR联合脱硝工艺综合了SCR脱硝工艺高脱硝效率及低氨溢出率的特点,使得SNCR-SCR联合脱硝工艺具有较高的脱硝效率、较低的运行费用及适中的造价的特点。

2、SNCR-SCR联合脱硝工艺机理

SNCR脱硝工艺是把还原剂(氨、尿素,当尿素作为还原剂时,在炉膛内需经热分解得到氨)喷入炉膛温度800~1100℃的区域,还原剂与烟气中的氮氧化物进行非催化还原反应。该工艺以炉膛为反应器,通过对炉膛进行改造实现。SNCR脱硝工艺的反应物储存和操作与SCR脱硝工艺相似,但前者需要的还原剂量比后者多。SCR脱硝工艺是指在金属催化剂的作用下,采用氨把烟气中的氮氧化物还原成N2、H2O。

SCR联合脱硝工艺的工程应用

3工程应用

3.1工程概况

某燃煤锅炉房设计规模为2台热功率为116MW的链条炉排热水锅炉、2台蒸发量为100t/h的链条炉排蒸汽锅炉,燃煤低位发热量为22.11MJ/kg,燃煤中氮的质量分数为0.7%,当地环保部门要求烟气中氮氧化物质量分数不得大于200mg/m3。本文以其中1台100t/h链条炉排蒸汽锅炉为例,介绍烟气脱硝方案。

3.2氮氧化物排放量计算

经计算得到,锅炉烟气一氧化氮的排放量为28099.4mg/s。锅炉最大连续蒸发量工况下,锅炉烟气排放量为21×104m3/h,可计算得到,烟气中一氧化氮质量浓度为481.7mg/m3,比环保部门要求的200mg/m3高出281.7mg/m3。因此,脱硝装置要求的最低脱硝效率为58.5%。

3.3催化剂与还原剂的选择

①化剂

用于SCR脱硝工艺的催化剂有贵金属催化剂和普通金属催化剂,由于贵金属催化剂易与硫发生反应,而且价格昂贵,因此工程中极少采用;普通金属催化剂的效率要稍微低一些,要求烟气有较高的温度(300~420℃)。考虑实际应用,该工程采用普通金属催化剂(V2O5-TiO2)。在V2O5-TiO2催化剂中,V2O5是最重要的活性成分,具有较高的脱硝效率,但同时也促进SO2向SO3转化,TiO2具有较高的活性和抵抗SO2的性能,作为催化剂载体。

②还原剂

SCR联合脱硝工艺的工程应用

 

表2液氨、氨水及尿素的技术经济性比较

SCR联合脱硝工艺的工程应用

通过罐车采用气力输送的方式将尿素送入料仓内储存,干尿素从料仓卸料进入溶解罐。为了保证尿素的溶解度,在溶解罐上安装搅拌和伴热设备。尿素溶液经溶液泵送至炉膛喷射口,高压尿素溶液再经过压缩空气引射、雾化后喷入炉膛中800~1100℃的空间内,尿素溶液在此进行热分解,热分解出来的氨与烟气中的氮氧化物进行还原反应。

3.4脱硝系统设计

①系统流程

SCR联合脱硝工艺的工程应用

 

SCR联合脱硝工艺的工程应用

图1SNCR-SCR联合脱硝工艺的系统流程

②空气预热器设计

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