混合法脱硝工艺探讨

摘要：指出了SNCR+SCR混合烟气脱硝技术是把SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逃逸氨进行催化反应的技术结合起来,进一步脱除NOX，是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高效率及低的氨逃逸率进行有效结合。试验表明：SNCR工艺在脱除部分NOX的同时也为后面的催化法脱硝提供所需要的氨，SNCR体系可向SCR催化剂提供充足的氨。

关键词：混合法；脱硝；工艺；探讨

收稿日期：20120410

作者简介：庄志鹏（1985—），男,广东广州人,助理工程师,主要从事环境工程、大气污染与防治工作。中图分类号：X73文献标识码：A文章编号：16749944(2012)05018402

1引言

2011年,国家环境保护部了《火电厂大气污染物排放标准》,明确规定自2014年7月1日起,现有火力发电锅炉执行氮氧化物100mg/m3的排放标准;自2012年1月1日起,新建火力发电锅炉执行氮氧化物100mg/m3的排放标准。

旧有的“低氮燃烧技术”、“SNCR技术”或“低氮燃烧改造+SNCR技术”虽然在过去表现了不错的成绩,但其允许排放浓度为200mg/m3,不能满足新国标的要求。而SCR工艺的投资额和运行费用均很高,使得许多中小型发电厂(热电厂)望而却步。因此,本文提出利用混合法工艺,达到治理效果和治理费用的平衡,既能满足环保要求又减少建设单位的环保投资费用。

2混合法技术工艺介绍

2.1SNCR系统

选择性非催化还原法(SNCR),是在无催化剂存在条件下向炉内喷入还原剂,将NOX 还原为N2和H2O。还原剂喷入锅炉恰当的位置(850℃~1 150℃),脱硝效率可达50%,该工艺不需催化剂。

2.2SCR系统

选择性催化还原技术是利用氨(NH3)对NOX还原功能,在300~400℃的条件下,利用催化剂作用将NOX还原为对大气没有影响的N2和水。

2.3SNCR+SCR混合烟气脱硝技术

SNCR+SCR混合烟气脱硝技术是把SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逃逸氨进行催化反应的技术结合起来,进一步脱除NOX。它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高效率及低的氨逃逸率进行有效结合。

该联合工艺于20世纪70年代首次在日本的一座燃油装置上进行试验,试验表明了该技术的可行性。理论上,SNCR工艺在脱除部分NOX的同时也为后面的催化法脱硝提供所需要的氨。SNCR体系可向SCR催化剂提供充足的氨。

采用SNCR+SCR混合法方案,仅安装一层催化剂,无需建立大型脱硝岛,无需安装氨喷射格栅,仅仅提高SNCR系统还原剂注射量,利用炉内富裕的氨逃逸,将氮氧化物的排放控制在100mg/Nm3 以内;SCR反应器仅采用一层催化剂,大幅度减少项目投资,完全满足深度脱硝的要求。

由于仅使用一层催化剂,减少了催化剂的使用量,烟气在催化剂的停留时间缩短,从而有效地减缓了SO2向SO3的转化,降低尾部受热面的腐蚀影响。

国内某热电厂开展了低NOX燃烧改造＋SNCR+SCR混合(加装一层催化剂)的改造,NOX排放浓度降低到70 mg/Nm3以下,达到严格的环保要求,总体脱硝效果达80%以上。

SNCR项目运行后,主要运行成本消耗在还原剂上,SNCR项目折合每度电的脱硝成本约0.15分/kW·h,远远低于SCR 的2分/kW·h的运行成本。且SCR技术应用后,即使系统停运,仍会使得锅炉运行成本增加,主要体现在催化剂耗损成本、运行电耗等。在SCR运行费用中,还原剂的费用仅占1/3左右,催化剂耗损、运行电耗等也是主要成本,这是导致SCR运行费用高的主要原因。

SNCR+SCR混合工艺的运行成本,居于两种单独工艺之间。

2.4SNCR系统工艺流程

SNCR系统主要由还原剂储存与制备系统、还原剂稀释模块、还原剂传输模块、还原剂计量模块以及还原剂喷射系统等部分组成。还原剂储存与配制系统实现还原剂储存、溶液配制和溶液储存的功能,然后由溶液稀释模块稀释成设计浓度,再由传输模块和还原剂计量模块根据锅炉运行情况和NOX排放情况控制还原剂的喷射量,送入喷射系统。喷射系统实现各喷射层的还原剂分配、喷射。

2.5SCR系统工艺流程

SCR系统主要由反应塔系统、烟道系统、还原剂稀释及喷射系统、催化剂系统、吹灰系统、还原剂储存制备系统、旁路系统等部分组成。还原剂储存制备系统、稀释及喷射系统将合格浓度的还原剂输送到反应塔系统中的高效喷嘴,经过合理的分配控制,使得还原剂能够在催化剂系统中等到最大利用。烟道系统、吹灰系统、旁路系统作为辅助系统参与SCR的连接应用（图1）。

图1SNCR/SCR组合脱硝工艺流程

3混合法脱硝工艺应用分析

3.1还原剂的优劣

SNCR+SCR脱硝工艺中常使用的还原剂有尿素、液氨和氨水。液氨的优点是脱硝系统储罐容积可以较小,价格也最便宜;缺点是氨气有毒、可燃、可爆,储存的安全防护要求高,需要经相关消防安全部门审批才能大量储存、使用;另外,输送管道也需特别处理;需要配合能量很高的输送气才能取得一定的穿透效果。

若还原剂使用氨水,氨水有恶臭,挥发性和腐蚀性强,有一定的操作安全要求,但储存、处理比液氨简单;由于含有大量的稀释水,储存、输送系统比氨系统要复杂;喷射刚性,穿透能力比氨气喷射好,但挥发性仍然比尿素溶液大,应用在喷射器的时候仍然难以深入到大型炉膛的深部,因此一般应用在中小型锅炉上。

若还原剂使用尿素,尿素不易燃烧和爆炸,无色无味,运输、储存、使用比较简单安全;挥发性比氨水小,在炉膛中的穿透性好;效果相对较好,脱硝效率高,适合于大中型锅炉设备的SNCR 脱硝工艺。

3.2建设方式

建议采用EPC总承包方式。总承包方将按照合同约定承担工程设计、采购和施工,并对承包工程的质量、安全、工期、造价全面负责,最终向业主提交一个满足使用功能、具备使用条件的工程。

采用EPC模式具有以下优点:承包商外部接口少,责任清晰；业主管理成本低,可实现集中控制管理；工程进度能有效保障。

4结语

混合法脱硝作为一种新的思路,利用锅炉高温热解还原剂,达到炉内SNCR处理工艺的目的，并且利用逃逸氨通过催化剂达到SCR处理。在新国标要求100mg/m3的排放浓度的前提下,此工艺综合处理效率及其稳定性远优于传统的SNCR工艺、低氮燃烧改造工艺及SNCR+低氮燃烧改造工艺,但其投资费用又比单独使用SCR工艺低，在满足100mg/m3的排放浓度的基础上,降低了投资和运行费用,是一种创新的组合模式。

参考文献：

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