sncr脱硝技术的应用

SNCR脱硝技术在大型煤粉炉中的应用 2010年 01月 26日 13:10:52 【大 中 小】 9月 7日至 10日第三届“萤石-氟化工”产业发 展高峰论坛 2010年第二届中国溴产业链发展 高峰论坛 2010年“十二 五”中国精细化工产业发展研讨 会 中国化工网资讯中心 2010上半年 度盘点 NOx 是一种主要的大气污染物质，NOx 与碳氢化合物可以在强光 作用下造成光化学污染，排放到大气中的 NOx是形成酸雨的主要原 因，严重危害生态环境。目前国内 65%左右的 NOx是由煤燃烧所产 生的，因此作为主要燃煤设备的电站锅炉和工业锅炉成为今后控制 NOx排放所必须关注的焦点。目前我们已经采取诸如低 NOx燃烧器、 分级配风、OFA(Over Fire Air)、再燃等技术措施来降低 NOx的排 放，并取得了一定的效果。但随着人们对环保要求的不断提高，今 后的 NOx排放标准势必也越来越严格。北京市要求燃煤电站锅炉 NOx的排放必须低于 250 mgNm-3的要求，相对于目前 650 mgNm-3 的国标要求要严格得多，采用上述几种技术措施往往很难达到 250 mg.Nm-3的排放指标。作为烟气净化方式的选择性催化还原(SCR)虽 然可以取得高达 90%的 NOx脱除率，但 SCR技术由于其昂贵的催化 剂及寿命问题造成了投资过大(大约 40美元kW-1 60 美元kW-1 )，限制了其广泛应用。而相对较廉价的选择性非催化还原(SNCR)技 术(大约 5美元kW-1 10 美元kW-1 )，其最大 NOx脱除率可达 70 %80 %。作为一种经济实用的 NOx脱除技术，SNCR 于 20世纪 70年 代中期首先在日本的燃气、燃油电厂中得到应用，并逐步推广到欧 盟和美国。到目前为止世界上燃煤电厂 SNCR工艺的总装机容量大约 在 2 GW以上。 1 SNCR 脱硝原理 选择性非催化还原(SNCR)脱除 NOx技术是把含有 NHx基的还原 剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为 8001 100的区 域，该还原剂迅速热分解成 NH3和其它副产物，随后 NH3与烟气中 的 NOx进行 SNCR反应而生成 N2。 采用 NH3作为还原剂，在温度为 9001 100的范围内，还 原 NOx的化学反应方程式主要为： 而采用尿素作为还原剂还原 NOx的主要化学反应为： SNCR 还原 NO的反应对于温度条件非常敏感，炉膛上喷入点的 选择，也就是所谓的温度窗口的选择，是 SNCR还原 NO效率高低的 关键。一般认为理想的温度范围为 7001 100,并随反应器类型 的变化而有所不同。当反应温度低于温度窗口时，由于停留时间的 限制，往往使化学反应进行的程度较低反应不够彻底，从而造成 NO 的还原率较低，同时未参与反应的 NH3增加也会造成氨气泄漏。而 当反应温度高于温度窗口时，NH3 的氧化反应开始起主导作用： 从而，NH3 的作用成为氧化并生成 NO，而不是还原 NO为 N2。 总之，SNCR 还原 NO的过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的 结果。如何选取合适的温度条件同时兼顾减少还原剂的泄漏成为 SNCR技术成功应用的关键。 2 SNCR 脱硝的优点 选择性非催化还原技术(SNCR)具有以下优点： (1)系统简单：不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有 的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽，氨或尿素喷射装置及其喷 射口即可，系统结构比较简单； (2)系统投资小：相对于 SCR的大约 40美元 kW-1 60美元 kW- 1的昂贵造价，由于系统简单以及运行中不需要昂贵的催化剂而只 需要廉价的尿素或液氨，所以 SNCR大约 5美元kW-1 10 美元 kW-1 的造价显然更适合我国国情； (3) 阻力小：对锅炉的正常运行影响较小； (4) 系统占地面积小：需要的较小的氨或尿素储槽，可放置于 锅炉钢架之上而不需要额外的占地预算。 3 SNCR 系统及其影响因素 如图 1，典型的 SNCR系统由还原剂储槽、多层还原剂喷入装置 以及相应的控制系统组成。它的工艺简单，操作便捷。SNCR 工艺可 以方便地在现有装置上进行改装。因为它不需要催化剂床层，而仅 仅需要对还原剂的储存设备和喷射系统加以安装，因而初始投资相 对于 SCR工艺来说要低得多，操作费用与 SCR工艺相当。一般情况 下 SNCR可达到 60%至 70%的 NOx还原率，足以满足有关环保要求。 SNCR 还原 NO的化学反应效率取决于烟气温度，高温下停留时 间，含氨化合物即还原剂注入的类型和数量、混合效率以及 NOx的 含量等等。 3.1 温度对 SNCR的还原反应的影响 温度对 SNCR的还原反应的影响最大。当温度高于 1 000时， NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低；温度低于 1 000以下时， NH3的反应速率下降，还原反应进行得不充分，NOx 脱除率下降，同 时氨气的逸出量可能也在增加。由于炉内的温度分布受到负荷、煤 种等多种因素的影响，温度窗口随着锅炉负荷的变化而变动。根据 锅炉特性和运行经验，最佳的温度窗口通常出现在折焰角附近的屏 式过、再热器处及水平烟道的末级过、再热器所在的区域。 3.2 还原剂在最佳温度窗口的停留时间 还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长，则脱除 NOx的效果越 好。NH3 的停留时间超过 1 s则可以出现最佳 NOx脱除率。尿素和 氨水需要 0.3 s0.4 s的停留时间以达到有效的脱除 NOx的效果。 3.3 SNCR 工艺所用的还原剂类型 SNCR 工艺所用的两种最基本的还原剂是无水泊液氨和尿素。为 了获得理想的 NOx脱除效率，还原剂的用量必须比化学计量的要多。 大多数过量的还原剂分解为氮气和 CO2，但是，也有微量的氨和 CO 会残留在尾气中，造成氨的泄漏问题。其中氨的泄漏量一般小于 2.510-5，比较好的情况下可以小于 10-5。在用尿素作还原剂的 情况下，其 N2O的生成几率要比用氨作还原剂大得多，这是因为尿 素可分解为 HNCO，而 HNCO又可进一步分解生成为 NCO，而 NCO可与 NO进行反应生成氧化二氮： 在以尿素为还原剂的操作系统中，可能会有高至 10%的 NOx转 变为 N2O，不过这可以通过比较精确的操作条件控制而达到削减 N2O 生成的目的。另外，如果操作条件未能控制到优化的状态，亦可排 放出大量的 CO。 为了提高 SNCR对 NOx的还原效率，降低氨的泄漏量，必须在设 计阶段重点考虑以下几个关键