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针对火电厂锅炉烟气脱硝工艺的相关研究
点击次数:445 发布时间:2017-08-21

作为火电厂基本的生产管理环节,锅炉烟气脱硝工艺的良好应用对于提高火电厂总体生产效益及经济效益具有重要作用。本文首先介绍了火电厂锅炉烟气脱硝工艺的研究现状,然后具体探讨了火电厂锅炉常用烟气脱硝技术,以期为相关技术与研究人员提供参考。

脱硝技术

在当前电力需求迅速增长的趋势下,火电厂排放的烟气污染日益严重。烟气中包含二氧化硫、烟尘和NOx等较多污染物,其中二氧化硫与烟尘的治理已获得较高的成效,而NOx的治理才初露头角。NOx不仅会造成严重的环境污染,其还会破坏臭氧层,引发较多的酸雨,进而危害人们的身体健康。如何控制NOx排放水平、提高电厂整体生态效益已成为火电厂企业面临的重大课题。因此,加强有关火电厂锅炉烟气脱硝工艺的研究,对于改善电厂烟气脱硝工艺水平具有重要的现实意义。

1火电厂锅炉烟气脱硝工艺的研究现状

NOx活性及水溶性都比较低,处理难度较大,对于技术水平的要求比较高。当前烟气脱硝工艺主要包含四类:(1)依照脱硝作用机理可分为吸收、催化还原、吸附三种;(2)依据NOx产生顺序可分为燃料前脱硝、燃料中脱硝和烟气脱硝三种;(3)依照脱硝工作介质可分为湿法与干法两种;(4)依照脱硝机理可分为等离子体过程NOx治理技术和传统NOx治理技术。

其中燃烧后脱硝技术中比较常用的选择性非催化还原脱硝技术、选择性催化还原脱硝技术和SCR/SNCR混合技术。在此三种技术中选择性非催化还原脱硝技术的成本较低,其在成本要求不高的企业中比较常用,所以其市场需求较高;选择性催化还原脱硝技术具有zui佳的脱硝效率,其可符合当前执行zui为严格的环保规范标准,所以其市场前景相对广阔;

SCR/SNCR混合技术是将SCR与SNCR脱硝的良性优点共同融合形成的一种技术,其具有较高的脱硝效率、较低的成本费用、较小的反应塔体积、较少的催化剂用量、较强的空间适应性等优势,所以该种技术的市场需求会逐渐扩大。当前在烟气脱硝装置的具体使用中,选择性催化还原脱硝技术的应用率在87%左右,是现在各类火电厂采用的主要烟气脱硝技术。

2火电厂常用烟气脱硝技术

2.1选择性催化还原脱硝技术

此种技术是指在使用催化剂的条件下,烟气中的会NOx与氨水等还原剂作用生成无害的氮与水,由此清除烟气中的NOx。选择性表示烟气中的NOx与还原剂NH3进行还原反应,而非烟气中的氧气与NH3发生反应。

(1)系统组成:选择性催化还原脱硝系统主要由氨储存与处理系统、SCR反应器与辅助系统、氨注入系统组成。其基本处理流程为:将还原剂转换为液体状态储存在氨罐中,并使用灌装卡车进行输送;先利用蒸发器对液态氨进行蒸发企划,然后将其注入到SCR系统中;将气化后的氨与稀释空气进行充分混合,利用喷氨格栅将其喷入到SCR反应器上部的烟气内;完全混合的烟气及还原剂会在反应器内不断作用,由此便能清除NOx。

(2)技术原理:在催化剂调价下,将氨注入温度在280~420℃的烟气中,可把还原为H2O和N2。基本反应包括:

6NO2+8NH3→7NO2+12H2O

4NO+4NH3+O2→6H2O+4N2

2NO2+4NH3+O2→6H2O+3N2

6NO+4NH3→5N2+6H2O

(3)催化剂选用:催化剂的选择标准包含以下几点:①较强的SO2抵抗力;②较广的温度适应范围;③较小的压力损失;④对NOx较高的清除率;⑤较低的SO2/SO3转化率。

依据工作温度可将催化剂划分为低温型与高温型。低温型催化剂基本成本多包含V2O5、MnO等,其通常适用于180℃的工作温度条件下,在燃气、燃油电厂中应用比较广泛;高温型催化剂基本成本多包含V2O5、TiO2等,其通常适用于280~400℃的工作温度,在燃重油电厂、燃煤电厂和燃气电厂中应用比较广泛。

2.2选择性非催化还原脱硝技术

该种技术是在锅炉炉内注入尿素、NH3等还原剂,使其同NOx发生选择性反应,因未使用催化剂,所以需在高温区内添加还原剂。还原剂注入炉膛内温度在850~1100℃的范围区域内,可快速分解为NH3,进而与NOx反应形成水和N2。此技术的反应器主要为炉膛。

(1)系统组成:选择性非催化还原脱硝可分为四个过程:还原剂喷入及储存;还原剂计量输出,同水混合稀释;将充分稀释后的还原剂喷入到锅炉的恰当位置;烟气与还原剂相互作用发生反应。

其系统设计主要曹勇模块化方式,通常分为还原剂计量模块、还原剂循环模块、还原剂均分模块、还原剂水稀释模块、还原剂注入器模块等部分。

(2)技术原理:当温度控制在850~1100℃范围内,且未使用催化剂时,尿素或NH3等氨基还原剂会选择性与烟气中的NOx发生反应形成H2O和N2,且不会与烟气中的氧气发生反应。

当还原剂采用尿素时:NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+H2O;

当还原剂采用NH3时:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O,此反应需在950℃的温度下进行;

统计数据表明,若温度高于1100℃,NH3则会发生氧化反应形成NO,如此会增大NOx的排放浓度。其出现的主要反应为:4NH3+5O2→4NO+6H2O。

(3)技术特点:①参与反应的还原剂不仅可以使用氨,还可使用尿素,且尿素在使用和储存过程中安全性比较高;②此种技术的脱硝效率通常控制在20%~40%范围内,若更深层次提高脱硝效率则会加大氨的逃逸率,影响下游设备运行,且容易引发二次污染;③在催化剂条件下,SCR处理中一些SO2会转换形成SO3,而在SNCR中不存在此类现象,其氨逃逸率通常调整在5~15ppm之间。

2.3、SNCR/SCR混合技术

(1)系统设计:该系统的前端采用SNCR系统,在锅炉内还原剂同NOx发生反应,而后端的SCR系统则对烟气进行深层次脱硝,以确保还原剂具有较高的利用率;系统SCR选用一层催化剂设置方式,其可解决SNCR氨/氮摩尔比高、氨逃逸率高的缺陷,防止空气预热器结垢堵塞;系统中的SNCR系统则能明显减小SCR设备入口的NOx浓度,进而有效减小SCR反应需用容积,减少系统装置成本。

(2)工艺特点:相比SCR脱硝技术其成本更低,性价比更高;其既能zui大化确保SNCR的NOx还原率,还能保持同SCR相同的NOx还原率;可减小由单独采用SCR系统带来的系统压力损耗、受热面沾污、催化剂中毒等问题;无需采用危险性较高的氨作为反应剂,大幅度提高了系统运行的安全性。

3结束语

锅炉烟气脱硝效率的高低将直接关系着火电厂的整体生产效率及生态效益,因此,相关技术与研究人员应加强有关火电厂锅炉烟气脱硝技术的研究,总结锅炉烟气脱硝技术方法及关键技术处理要点,以逐步改善电厂锅炉烟气脱硝水平。

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