常見的脫硝技術(shù)中,根據(jù)氮氧化物的形成機理,降氮減排的技術(shù)措施可以分為兩大類:
1從源頭治理,控制煅燒中生成NOx
技術(shù)措施
①采用低氮燃燒器
②分解爐和管道內(nèi)的分段燃燒,控制燃燒溫度
③改變配料方案,采用礦化劑,降低熟料燒成溫度
2從末端治理,控制煙氣中排放的NOx
技術(shù)措施
①分級燃燒法,國內(nèi)已有試點
②選擇性非催化還原法(SNCR),國內(nèi)已有試點
③選擇性催化還原法(SCR),目前歐洲只有三條線實驗;
④SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術(shù),國內(nèi)水泥脫硝還沒有成功經(jīng)驗
⑤生物脫硝技術(shù)(正處于研發(fā)階段)
“國內(nèi)的脫硝技術(shù),尚屬探索示范階段,還未進行科學總結(jié)。各種設(shè)計工藝技術(shù)路線和裝備設(shè)施是否科學合理?運行是否可靠?脫硝效率、運行成本、能耗、二次污染物排放有多少等都將經(jīng)受實踐的檢驗?!?/p>
脫硝技術(shù)具體分類
1、燃燒前脫硝
(1)加氫脫硝
(2)洗選
2、燃燒中脫硝
(1)低溫燃燒
(2)低氧燃燒
(3)FBC燃燒技術(shù)
(4)采用低NOx燃燒器
(5)煤粉濃淡分離
(6)煙氣再循環(huán)技術(shù)
3、燃燒后脫硝
(1)選擇性非催化還原脫硝(SNCR)
(2)選擇性催化還原脫硝(SCR)
(3)活性炭吸附
(4)電子束脫硝技術(shù)
其中SNCR脫硝效率在大型燃煤機組中可達 25%~40% ,對小型機組可達 80%。由于該法受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響很大,多用作低氮燃燒技術(shù)的補充處理手段。其工程造價低、布置簡易、占地面積小,適合老廠改造,新廠可以根據(jù)鍋爐設(shè)計配合使用。
SNCR脫硝工藝流程圖
而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,最早由日本于20世紀60~70年代后期完成商業(yè)運行,是利用還原劑(NH3,尿素)在金屬催化劑作用下,選擇性地與 NOx 反應(yīng)生成 N2和H2O,而不是被O2氧化,故稱為“選擇性”。目前世界上流行的SCR工藝主要分為氨法SCR和尿素法SCR兩種。這兩種方法都是利用氨對NOx的還原功能,在催化劑的作用下將NOx(主要是NO)還原為對大氣沒有多少影響的N2和水,還原劑為NH3。
SCR脫硝工藝流程圖
目前,在SCR中使用的催化劑大多以TiO2為載體,以V2O5或V2O5 -WO3或V2O5-MoO3為活性成分,制成蜂窩式、板式或波紋式三種類型。應(yīng)用于煙氣脫硝中的SCR催化劑可分為高溫催化劑(345℃~590℃)、中溫催化劑(260℃~380℃)和低溫催化劑(80℃~300℃),不同的催化劑適宜的反應(yīng)溫度不同。如果反應(yīng)溫度偏低,催化劑的活性會降低,導(dǎo)致脫硝效率下降,且如果催化劑持續(xù)在低溫下運行會使催化劑發(fā)生永久性損壞;如果反應(yīng)溫度過高,NH3容易被氧化,NOx生成量增加,還會引起催化劑材料的相變,使催化劑的活性退化。目前,國內(nèi)外SCR系統(tǒng)大多采用高溫催化劑,反應(yīng)溫度區(qū)間為315℃~400℃。該方法在實際應(yīng)用中的優(yōu)缺點如下。
優(yōu)點
該法脫硝效率高,價格相對低廉,目前廣泛應(yīng)用在國內(nèi)外工程中,成為電站煙氣脫硝的主流技術(shù)。
缺點
燃料中含有硫分,燃燒過程中可生成一定量的SO3。添加催化劑后, 在有氧條件下, SO3的生成量大幅增加,并與過量的NH3 生成NH4HSO4。NH4HSO4具有腐蝕性和粘性,可導(dǎo)致尾部煙道設(shè)備損壞。雖然SO3 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。
鍋爐企業(yè)的脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用
鍋爐企業(yè)的脫硫脫硝技術(shù),在國內(nèi)現(xiàn)有鍋爐生產(chǎn)廠家中多以煤或煤氣作為燃燒介質(zhì),對于燃煤鍋爐,國內(nèi)應(yīng)用最成熟的工藝是FGD法(利用吸收劑或吸附劑去除煙氣中的SO2)脫硫技術(shù),脫硝則以選擇性催化還原法SCR技術(shù)為主。
技術(shù) | 優(yōu)點 | 缺點 |
石灰石/石灰石-石膏法 | 脫硫效率高,吸收劑利用高,設(shè)備運轉(zhuǎn)率高 | 投資大,設(shè)備占地大,運行費用高 |
噴霧干燥法 | 投資較低,設(shè)計和運行簡單,占地較少 | 脫硫率不高 |
雙堿法 | 解決結(jié)垢問題,減小液化氣比,降低成本 | 再生池和澄清池占地面積較大 |
氧化鎂法 | 脫硫效率高,可用于高硫煤,可回收硫資源 | 操作難度大,能耗大 |
氨法 | 減少二次污染,降低鍋爐運行成本,含硫量適應(yīng)性較強,能脫去部分氨氧化物和粉塵 | 氨氣需要貯存 |
爐內(nèi)噴鈣/尾部增濕活性法 | 工藝簡單,占地小 | 脫硫及消耗量大,易產(chǎn)產(chǎn)生粉塵,是除塵負荷加重 |
電子束法 | 同時脫硫脫硝,無廢水排放,運行操作簡單,副產(chǎn)品可做氨肥 | 核心設(shè)備昂貴,限制應(yīng)用 |
SCR法脫硝技術(shù)是世界上最主流的去除NOx的方法,這種方法可以在現(xiàn)有的FGD工藝下加入脫硝裝置。在含氧氣氛下,還原劑有限與廢氣中NO反應(yīng)的催化過程稱為選擇性催化還原,合適的催化劑和還原劑應(yīng)具有特點如下:
特點
1)還原劑應(yīng)具有高的反應(yīng)性。
2)還原劑可選擇性的與NOx反應(yīng),而不與煙氣中大量存在的氧化性物質(zhì)反應(yīng)。
3)還原劑必須價格低廉,以使脫除過程的低成本運作。
4)催化劑應(yīng)大大降低NOx還原溫度。
5)催化劑應(yīng)具有高的催化活性,以利于煙氣中低濃度NOx的有效還原。
6)催化劑選擇性的與還原劑與NOx的反應(yīng)形成N2,而對還原劑與煙氣中其他氧化性物質(zhì)的反應(yīng)表現(xiàn)惰性。
7)催化劑應(yīng)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
8)催化劑不受煙氣其他組分的毒化。
脫硫+脫硝工藝流程圖
對于鍋爐行業(yè)來說,一定要研究同時脫硫、脫硝技術(shù),目前國內(nèi)多為單獨脫硫、脫硝技術(shù),這種方式造成設(shè)備重復(fù)建設(shè),能耗大,人員成本、運行成本高,而同時脫硫、脫硝技術(shù)則可以在一定程度上避免此類問題的發(fā)生。