煙氣脫硝技術(shù)介紹及各種方案比較
目前主流的煙氣脫硝技術(shù)有選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）、選擇性催化還原技術(shù)（SCR）和SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)。
SNCR技術(shù)
研究發(fā)現(xiàn)，在800～1250℃這一溫度范圍內(nèi)、無催化劑作用下，氨水等還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx生成N2和H2O，基本上不與煙氣中的O2作用，據(jù)此發(fā)展了SNCR脫硝技術(shù)。
SNCR煙氣脫硝的主要反應為：
NH3為還原劑 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O
SNCR通常采用的還原劑有氨水、氨水和液氨，不同還原劑的比較如表3.1所列。
表3.1 不同還原劑特點
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還原劑 |
特點 |
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尿素 |
? 安全原料 (化肥) ? 便于運輸 ? 脫硝有效溫度窗口較寬 ? 溶解要消耗一定熱量 |
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氨水 |
? 運輸成本較大 ? 需要較大的儲存罐 ? 脫硝有效溫度窗口窄 |
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液氨 |
? 高危險性原料 ? 運輸和存儲安全性低 |
從SNCR系統(tǒng)逃逸的氨可能來自兩種情況，一是噴入的還原劑過量或還原劑分布不均勻，一是由于噴入點煙氣溫度低影響了氨與NOx的反應。還原劑噴入系統(tǒng)必須能將還原劑噴入到爐內(nèi)最有效的部位，如果噴入控制點太少或噴到爐內(nèi)某個斷面上的氨不均勻，則會出現(xiàn)分布較高的氨逃逸量。在較大尺寸的鍋爐中，因為需要覆蓋相當大的爐內(nèi)截面，還原劑的均勻分布則更困難。為保證脫硝反應能充分地進行，以最少噴入NH3的量達到最好的還原效果，必須設法使噴入的NH3與煙氣良好地混合。若噴入的NH3不充分反應，則逃逸的NH3不僅會使煙氣中的飛灰容易沉積在鍋爐尾部的受熱面上，而且煙氣中NH3遇到SO3會產(chǎn)生NH4HSO4易造成空氣預熱器堵塞，并有腐蝕的危險。因此，SNCR工藝的氨逃逸要求控制在8mg/Nm3以下。圖1.1為典型SNCR脫硝工藝流程圖。
圖1.1 SNCR工藝系統(tǒng)流程圖
SNCR煙氣脫硝過程是由下面四個基本過程組成：
? 還原劑的接收和溶液制備；
? 還原劑的計量輸出；
? 在鍋爐適當位置注入還原劑；
? 還原劑與煙氣混合進行脫硝反應。
SCR技術(shù)
選擇性催化劑還原（SCR）技術(shù)是在煙氣中加入還原劑（最常用的是氨和氨水），在催化劑和合適的溫度等條件下，還原劑與煙氣中的氮氧化物（NOx）反應，而不與煙氣中的氧進行氧化反應，生成無害的氮氣和水。主要反應如下：
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O
在沒有催化劑的情況下，上述化學反應只是在很窄的溫度范圍內(nèi)（800～1250℃）進行。SCR技術(shù)采用催化劑，催化作用使反應活化能降低，反應可在更低的溫度條件（320～400℃）下進行。
對SCR系統(tǒng)的制約因素隨運行環(huán)境和工藝過程而變化。制約因素包括系統(tǒng)壓降、煙道尺寸、空間、煙氣微粒含量、逃逸氨濃度限制、SO2氧化率、溫度和NOx濃度，都影響催化劑壽命和系統(tǒng)的設計。除溫度外，NOx、NH3濃度、過量氧和停留時間也對反應過程有一定影響。
SCR系統(tǒng)一般由氨或氨水的儲存系統(tǒng)、（氨水轉(zhuǎn)化為氨系統(tǒng)）、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應器系統(tǒng)、檢測控制系統(tǒng)等組成。SCR脫硝反應器在鍋爐尾部一般有三種不同的布置方式，高塵布置、低塵布置和尾部布置，圖1.2為目前廣泛采用的高塵布置SCR煙氣脫硝系統(tǒng)工藝流程圖。
圖1.2 SCR工藝系統(tǒng)流程(高塵布置)
對于一般燃煤或燃油鍋爐，SCR反應器多選擇安裝于鍋爐省煤器與空氣預熱器之間，因為此區(qū)間的煙氣溫度剛好適合SCR脫硝還原反應，氨被噴射于省煤器與SCR反應器間煙道內(nèi)的適當位置，使其與煙氣充分混合后在反應器內(nèi)與氮氧化物反應，SCR系統(tǒng)商業(yè)運行的脫硝效率約為80%～90%。
SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術(shù)
SNCR/SCR混合技術(shù)是SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術(shù)同SCR工藝利用末反應氨進行催化反應結(jié)合起來，或利用SNCR和SCR還原劑需求量不同，分別分配還原劑噴入SNCR系統(tǒng)和SCR系統(tǒng)的工藝有機結(jié)合起來，達到所需的脫硝效果，它是把SNCR工藝的低費用特點同SCR工藝的高脫硝率進行有效結(jié)合的一種揚長避短的混合工藝。SNCR/SCR混合工藝的脫硝效率可達到60～80%，氨的逃逸小于4mg/Nm3。圖1.3為典型的SNCR/SCR混合煙氣脫硝工藝流程。
圖1.3 SNCR/SCR聯(lián)合工藝脫硝流程圖
主要煙氣脫硝技術(shù)的比較
幾種主要煙氣脫硝技術(shù)綜合比較情況如表1.2所列。
表1.2 SCR、SNCR、SNCR/SCR技術(shù)綜合比較
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項目 |
SCR技術(shù) |
SNCR技術(shù) |
SNCR/SCR技術(shù) |
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反應劑 |
NH3 |
氨水或氨水 |
NH3 |
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反應溫度 |
320～400℃ |
800～1250℃ |
前段：800～1000℃， 后段：320～400℃ |
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催化劑 |
V2O5-WO3/TiO2 |
不使用催化劑 |
后段加少量催化劑 |
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脫硝效率 |
80～90% |
30～60% |
50～80% |
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反應劑噴射位置 |
SCR反應器入口煙道 |
爐膛內(nèi)噴射 |
鍋爐負荷不同噴射位置也不同 |
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SO2/SO3氧化 |
SO2氧化成SO3的氧化率<1% |
不會導致SO2氧化，SO3濃度不增加 |
SO2氧化較SCR低 |
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NH3逃逸 |
<2.5 mg/m3 |
<8 mg/m3 |
<4 mg/m3 |
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對空氣預熱器影響 |
NH3與SO3易形成硫酸氫銨，需控制NH3泄漏量和SO2氧化率，并對空預器低溫段進行防腐防堵改造。 |
SO3濃度低，造成堵塞或腐蝕的機率低 |
硫酸氫銨的產(chǎn)生較SCR低，造成堵塞或腐蝕的機率比SCR低 |
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系統(tǒng)壓力損失 |
新增煙道部件及催化劑層造成壓力損失 |
沒有壓力損失 |
催化劑用量較SCR小，產(chǎn)生的壓力損失較低 |
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燃料及其變化的影響 |
燃料顯著地影響運行費用，對灰份增加和灰份成分變化敏感，灰份磨耗催化劑，堿金屬氧化物劣化催化劑，AS、S等使催化劑失活。 |
基本無影響 |
影響與SCR相同。由于催化劑較少，更換催化劑的總成本較SCR低 |
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鍋爐負荷變化的影響 |
SCR反應器布置需優(yōu)化，當鍋爐負荷在一定范圍變化時，進入反應器的煙氣溫度處于催化劑活性溫度區(qū)間。 |
多層布置時，跟隨負荷變化容易 |
跟隨負荷變化中等 |
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工程造價 |
高 |
低 |
較高 |
(完)