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浅析燃煤锅炉SCR法烟气脱硝技术

点击次数:1701 发布时间:2016-07-22

大气中的氮氧化物和挥发性有机物VOC达到一定浓度后,在太阳光照射下经过一系列复杂的光化学反应,就会产生以高浓度臭氧和细颗粒物为特征的光化学烟雾,形成夏季城市天空经常出现的蓝色烟雾。由于我国大气中VOC浓度较高,光化学烟雾的产生主要受氮氧化物制约,大气氮氧化物的微小增加都会加重光化学烟雾的污染。光化学烟雾是一种二次污染,污染区主要位于污染源下风向30-50km。由于臭氧和细颗粒可以长距离传输,造成区域性的氧化剂污染和细颗粒污染,使区域空气质量退化,太阳辐射减少,气候发生变化,对生态系统造成损害,使农作物减产。由于大气的氧化性,氮氧化物在大气中形成硝酸和硝酸盐细颗粒物,同硫酸和硫酸盐细颗粒物一起,发生远距离传输,从而加速了区域性酸雨的恶化。我国在近些年来一直倡导绿色无污染的生产方式,并且国家颁布了很多相关条例来限制各类工厂的排放废气中有害物质含量。因此我国的电力供应企业都纷纷开始地实行烟气脱硝技术应用,但是由于我国的烟气脱硝技术应用时间相对较短,和其他国家相比还有较大的差距,要向其他技术比较成熟的国家进行学习和借鉴。

1 SCR法的基本原理及工艺流程

锅炉烟气脱硝,在降低环境污染、改善大气气候等方面起着非常重要的作用。SCR技术对锅炉烟气氮氧化物控制效果十分显著,占地面积小,技术成熟,易于操作,氨逃逸率低,脱硝效率高达90%以上,对煤种适应性强,并能适应燃煤含氮量在一定范围内的变化,吸收剂氨来源可靠,几乎无二次污染,可作为我国烟煤电厂控制氮氧化物污染的主要手段之一。对于SCR法烟气脱硝工艺,如电厂地处城市远郊或远离城区,且液氨产地距电厂较近,在能保证安全、正常供应情况下,宜选择液氨作为还原剂;处于大中城市及其郊区的电厂,宜选择尿素作为还原剂,基于此,下面对其工作的基本原理和工艺流程进行深入分析和研究,以便能够使相关工作人员对其有着更为详细的认识和了解。

1.1 基本原理

SCR法以氨气为还原物,以氨储罐、盛放催化剂的容器以及还原剂为主要的反应装置。烟气中氮氧化物是重要的大气污染物之一,其主要组成成分是一氧化氮和二氧化氮,其中一氧化氮的比例大,可达93%,因此脱硝反应通常都是以一氧化氮、氨气还有氧气为反应物,生成氮气和水。除了以上主要反应以外,还会产生一些有害物质,烟气中的二氧化硫、氨和氧气反应生成硫酸铵等有害物质。催化剂在这些反应中可以起到提高活性、加快反应速度的作用,尤其是对于一氧化氮的还原反应有着非常明显的作用;来自烟气的氧气在这些反应中起到很大的作用,整个反应都需要有氧气*地供应才能维持反应持续进行。SCR技术中想要保证反映的顺利进行,就必须要将SCR区域温度控制在290~430 ℃,温度过高过低都不可以,过低会导致反应物硫酸铵产生结晶现象,进而覆盖在催化剂表面,降低催化剂的活性,而温度过高则会造成催化剂高温烧结进而失活,降低脱硝效率。

1.2 工艺流程

SCR工艺系统流程主要由贮氨、混氨、喷氨、反应塔(催化剂)系统、烟道及控制系统等组成。液氨由汽车运至液氨储罐储藏,无水液氨的储存压力取决于储罐的温度(例如20℃时压力为1MPa),液氨经过蒸发器加热为氨气,再通过减压阀进入氨气缓冲罐,稀释风机通过氨气混合器与氨气成一定比例混合,其作用一是稀释氨气,二是增加反应器处氧含量。经稀释的氨气通过喷氨系统中喷嘴进入到烟道格栅中,与原烟气混合,在催化剂作用下,烟气中的氮氧化物与氨气发生化学反应。

2 SCR法脱硝反应塔布置方案

2.1 高温高飞尘烟气段布置

由于反应塔布置在空气预热器和省煤器之间,这样就可以轻松地将烟气反应温度控制在300~400℃,有利于大部分反应的顺利进行,这样安置还有利于节省燃料,因为烟气的温度早已经达到反应温度,不需要进行二次加热,就可获得好的氮氧化物净化效果。因此,这种烟气布置方法具有初期投资低、技术成熟、能够获得较为理想的反应效果的优点,在新建电力供应企业中得到很广泛的应用;这种反应塔的布置方法除了有上述优点之外,还具有一些不可忽视的缺点:高温烟气由于飞尘含量相较于其他种类烟气较高,这就加大了烟气和催化剂之间的摩擦力,使得催化剂颗粒表面更容易受到破坏和磨损,还会加大催化剂被飞尘以及反应物颗粒覆盖的可能,引起催化剂表面透气孔的阻塞,除此之外,飞尘中含有的有害物质如K、Na、Ca、Si、As等,易造成催化剂失去活力,丧失其原有的功能及作用。通过催化剂的硬化、吹灰器的安装、催化剂的及时清理等可以降低上述情况发生的可能。

2.2 高温低飞尘烟气段布置

对于这种温度较高但飞尘含量较低的烟气适宜布置在反应塔中除尘器和空气预热器之间,这样的烟气布置方法能够保证烟气的高温度,并且烟气粉尘含量大大减少,可以降低飞尘对于催化剂的磨损及消耗,还会大大减少飞尘中有害物质对于催化剂的毒害作用,这些都是相较于高温高飞尘烟气比较优势的地方,但是高温低飞尘的烟气中飞尘含量虽然降低了,但是包含了更多的硫氧化物,并且飞尘直径及数量的减少使其更容易造成催化剂表面孔径的堵塞,从而使催化剂表面的粉尘更难清理,换热效率大大降低,影响脱硝反应的顺利进行。因此,对于相关工作人员在进行SCR法脱硝反应塔布置时,必须做好高温低飞尘烟气段布置,大大提高换热效率,进而能够有效确保脱硝反应的顺利进行。

2.3 低温低飞尘烟气段布置

和上述高温高飞尘烟气以及高温低飞尘烟气的布置不同,低温低飞尘烟气段的布置的反应塔要安装在脱硫系统以及空气加热器之后,由于这种烟气的温度较低且飞尘含量不高,硫氧化物的含量处在一个极低的数值,催化剂不易遭到大量的磨损和破坏,表面的孔径也不会轻易堵塞,保证了催化剂作用的正常发挥,使其的活性及寿命都得到很好的延续,因此可以选择表面孔径较小的催化剂作为反应的催化物质,但要注意的是一定要选择比表面积相对较大的催化剂,另外,这样还可以保证烟气运输更加流畅,加快了烟气运输的速度,提高了烟气运输效率,因此,使用较少的催化剂就会达到一个比较好的催化效果,从一定程度上降低了电力供应企业对于催化剂的资金投入,从而降低了企业的运营成本,为获取更多的利益奠定了一定的基础;除了上述优点之外,这种反应塔的布置方法还有如下缺点:由于烟气温度不是很高,在烟气进入反应塔之后温度一般都是在45~65 ℃之间,离烟气脱硝反应需要的温度还差很远,需要使用价格高昂的气体加热器对低温烟气进行二次加热,气体加热器的运行需要大量的燃料维持,对于那些新建或者是整修的火电厂来说是一笔不小的投资,想要维持设备的运行还需要很多后续资金的投入,另外,还需要专业的维修人员对该设备进行日常维修,雇佣这些专业人才又需要很多的费用,这都是新兴的火电厂难以支付的庞大支出,即便能够付出这些费用,对于火电厂未来的发展也是极为不利的。

3结语

SCR技术作为适用于我国大多数电厂的重要脱硝技术,对于烟气脱硝有着十分重要的意义。只有合理采用SCR脱硝技术才可以将燃煤锅炉产生的烟气中的硝含量降低到国家标准之下,电厂氮氧化物的排放才可以得到有效制约,才会减缓周围生态环境及大气质量的继续恶化,进而减少恶劣天气给居民生活带来的不良影响,为企业的可持续发展奠定良好的技术基础和社会基础。综上所述,SCR技术在我国得到较为广泛的应用,国家有关部门也倡导相关企业采用此种技术进行脱硝处理,还要求企业大力研发脱硝技术,提高脱硝效率,促进电厂的可持续发展,和我国的经济发展齐头并进,获得更多的经济效益和社会效益,并为我国生态环境的保护贡献一份力量。

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