【文章內(nèi)容簡介】 一定的溫度條件下還原以生成的 NOx，以降低 NOx 的排放量。它包括噴水、噴二次燃料和噴氨等。但噴水和二次燃料的方法，尚存在著如何將 NO 氧化為 NO2 和解決選擇性非反應(yīng)的問題，因此，目前還不成熟。下面著重介紹噴氨(或尿素)法。 噴氨法是一種選擇性降低 NOx 排放量的方法(因噴入的氨只與煙氣中的 NOx 發(fā)生反應(yīng)，而不與煙氣中的其他成分反應(yīng))，當(dāng)不采用催化劑時，NH3 還原 NOx 的反應(yīng)只能在850～1050℃(或 900～1100℃)這一狹窄的溫度范圍內(nèi)進行。因此，這種方法又稱為選擇性非催化脫硝法(SNCR)。氨的噴入地點一般在爐膛上部煙氣溫度在 850～1050℃(或900～1100℃)范圍內(nèi)的區(qū)域。當(dāng)氨和煙氣中 NOx 接觸時，會發(fā)生下面的還原反應(yīng)： 4NH3+4NO+O2→6H2O+4N2 4NH3+2NO2+O2→6H2O+3N2 4NH3+6NO→6H2O+5N2 8NH3+6NO2→12H2O+7N2 采用該方法要解決好兩個問題：一是氨的噴射點選擇，要保證在鍋爐負(fù)荷變動的情況下，噴入的氨均能在 850～1050℃(或 900～1100℃)范圍內(nèi)與煙氣反應(yīng)。一般在爐墻上開設(shè)多層氨噴射口。二是噴氨量的選擇要適當(dāng)，少則無法達到預(yù)期的脫除 NOx 的效果，但氨量過大，將在尾部受熱產(chǎn)生硫酸銨，從而堵塞并腐蝕空氣預(yù)熱器，因此，要求尾部煙氣中允許的氨的泄露量應(yīng)小于 10ppm，在這一條件限制下，非催化煙氣噴氨脫硝法的 NOx 降低率為 30～50%。 非催化煙氣噴氨脫硝法投資少，運行費用也低，但反應(yīng)溫度范圍狹窄，目前在歐洲和美國的 300MW 燃煤電站鍋爐上已有采用該法運行經(jīng)驗，但市場占有率較低。 煙氣脫硝技術(shù) 由于低 NOx 燃燒技術(shù)降低 NOx 的排放是比較低的(一般在 50%以下)，因此，當(dāng) NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)要求比較嚴(yán)格時，就要考慮采用燃燒后的煙氣處理技術(shù)來降低 NOx 的排放量。煙氣脫硝分為干法、濕法。 (1) 干法煙氣脫硝技術(shù) 干法煙氣脫硝技術(shù)包括采用催化劑來促進 NOx 的還原反應(yīng)的選擇性催化還原脫硝法、電子束照射法和電暈放電等離子體同時脫硫脫硝法。 1) 選擇性催化還原脫硝法(SCR) 采用該法脫硝的反應(yīng)溫度取決于催化劑的種類，催化劑室應(yīng)布置在尾部煙道中相應(yīng)的位置。該方法能達到 60～90%的 NOx 降低率。選擇性催化劑脫硝法的系統(tǒng)主要由催化劑反應(yīng)器、催化劑和氨儲存和噴射系統(tǒng)所組成。催化劑反應(yīng)器在鍋爐煙道中的布置有三種可能方案： ① 鍋爐省煤器后、空氣預(yù)熱器前溫度在 320～420℃的位置(以下簡稱前置式布置)。 優(yōu)點：溫度范圍適合于大多數(shù)催化劑的工作溫度。 缺點：催化劑宜中毒，催化劑反應(yīng)器宜受飛灰磨損，反應(yīng)器蜂窩狀通道宜堵塞，催化劑宜燒結(jié)，不適合于高活性催化劑。 ② 布置在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間 該法由于靜電除塵器無法在 300～400℃溫度下正常工作，因此很少采用。 ③ 布置在 FGD 之后(以下簡稱后置式布置) 當(dāng)鍋爐尾部煙道裝有濕法脫硫裝置(FGD)時，可將催化劑反應(yīng)器裝于 FGD 之后，使催化劑工作在無塵、無 SO2 的煙氣中，故可采用高活性催化劑，并使反應(yīng)器布置緊湊，但由于煙氣溫度低(50～60℃)，難以達到催化劑的工作溫度，因此，須在煙道內(nèi)加裝燃油或燃?xì)獾娜紵?，或蒸汽加熱器來加熱煙氣，從而增加了能源消耗和運行費用。 目前采用最多的布置方式是前置式布置。 2) 電子束照射同時脫硫脫硝技術(shù) 電子束氨法煙氣脫硫脫硝技術(shù)(簡稱 EA—FGD 技術(shù))是一種以氨作為脫硫脫硝劑，燃煤鍋爐(機組)產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵后，主要含 SONOX、NH2O。它們在電子加速器產(chǎn)生的電子束流輻照下，經(jīng)電離、激發(fā)、分解等作用，可生成活性很強的離子、激發(fā)態(tài)分子。在電子束的作用下，與氨反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨微粒，通過除塵器(副產(chǎn)物收集器)予以除去，從而達到凈化煙氣的目的。主要反應(yīng)如下： H 2 SO4 + 2 NH 3 =( NH 4 ) 2 SO4 HNO 3 + NH 3 = NH 4 NO3 SO2 + 2 NH 3 + H 2 O + 1 / 2O2 =( NH 4 ) 2 SO4 為提高脫除率，更好地回收和利用生成物，加入氨、石灰水等添加劑，生成固體化學(xué)肥料硫酸銨和硝酸銨。電子束輻射處理煙氣技術(shù)地優(yōu)點有：能同時脫硫脫硝，處理過程中不用觸媒，不產(chǎn)生二次污染，不受塵埃影響，因是干式處理法，不影響原系統(tǒng)地?zé)嵝?，煙氣可不必再加熱即從煙囪排放。添加氨時，副產(chǎn)品可作為肥料使用。 EA—FGD 技術(shù)國外自 l970 年開始研究，先后有 10 余個國家從事該技術(shù)的研究，現(xiàn)已建成的各類裝置有 30 余座，其中工業(yè)化裝置有 5 座，最大裝置的處理量為 200MW機組產(chǎn)生的煙氣。 EA—FGD 技術(shù)存在著系統(tǒng)可用率不高、氨損較大、能耗大、脫硫脫硝效率較低、固硫固氮反應(yīng)后生成的化肥能否有效捕集和設(shè)備容易阻塞的問題，加上氨法起步晚、業(yè)績少，主要設(shè)備如大功率的電子束加速器和脈沖電暈發(fā)生裝置還在研制階段。這些都是制約氨法在煙氣脫硫上推廣的因素，一直沒有被企業(yè)和環(huán)保部門完全接受。由于部分相關(guān)技術(shù)的限制，目前在大型鍋爐上應(yīng)用尚有一定困難。國內(nèi)目前的應(yīng)用有：成都熱電廠 ，；北京京豐熱電有限責(zé)任公司 150MW 燃煤發(fā)電機組排放煙氣的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程。 由于該項技術(shù)存在明顯的缺點(系統(tǒng)可用率不高、氨損較大、能耗大、脫硫脫硝效率較低)，因此不作推薦。 3) 電暈放電等離子體同時脫硫脫硝技術(shù) 電暈放電過程中產(chǎn)生的活化電子(5～20Ev)在與氣體分子碰撞的過程中會產(chǎn)生OH、O2H、N、O 等自由基和 O3。這些活性物種引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)首先把氣態(tài)的 S02 和 N0x轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r氧化物，然后形成 HNO3 和 H2SO4。在有氨注入的情況下，進一步生成硫酸氨和硝酸氨等細(xì)顆粒氣溶膠。產(chǎn)物用常規(guī)方法(ESP 或布袋)收集，完成從氣相中的分離。 鍋爐排放的煙氣首先經(jīng)過一級除塵，去掉 80%左右的粉塵。之后將煙氣降溫到 70～80℃目前降溫的方法有兩種：一是熱交換器，二是噴霧增濕降溫。INCT 在 Kawecyn 電廠采用了一種干底噴霧技術(shù)。一般增濕后的煙氣含 H20 在 10%左右。降溫后的煙氣與化學(xué)計量比的氨混合進入等離子體反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物由二次除塵設(shè)備收集。采用 ESP 或布袋均可，但選擇布袋更優(yōu)。最后潔凈的煙氣從煙囪排出。 電暈放電法與電子束輻照法是類似的方法，只是獲得高能電子的渠道不同，電子束法的高能電子束(500～800keV)是由加速器加速得到。后者的活化電子(5～20Ev)則由脈沖流柱電暈的局部強電場加速得到。該方法的 NOx 脫除率相當(dāng)可觀，其投資和運行費用也相對較低，但目前由于脈沖電源等技術(shù)尚不成熟，因此，距離大面積工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。 (2) 濕法煙氣同時脫硫脫硝技術(shù) 傳統(tǒng)濕法煙氣脫硝有兩大類，一類是利用燃煤鍋爐已裝有煙氣洗滌脫硫裝置的，只要對脫硫裝置進行適當(dāng)改造，或調(diào)整運行條件，就可將煙氣中的 NOx 在洗滌過程中除去。另一類是單純的濕法洗滌脫硝。由于須加將 NO 氧化為 NO2 的設(shè)備，雖然效率高，但系統(tǒng)復(fù)雜，用水量大，并有水的污染，因此燃煤鍋爐很少采用。下面簡單介紹同時脫硫脫硝的濕式系統(tǒng)： 1) 石灰/石膏法 采用生石灰、消石灰和微粒碳酸鈣制成吸收液，并加入少量硫酸將吸收液的 pH值調(diào)到 4～，則在洗滌反應(yīng)塔里會發(fā)生下面的反應(yīng)： Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O CaSO3+SO2+H2O→Ca(HSO3)2 NO+2Ca(HSO3)2+H2O→1/2N2++2SO2 O2+2Ca(HSO3)2+H2O→1/2N2++2SO2 2）氨/石膏法 在洗滌反應(yīng)器中在加入 NH3，則會發(fā)生下面的反應(yīng)： 2NH3+SO2+H2O→(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+SO2+H2O→NH4HSO3 NH4HSO3+2Ca(OH)2→+2NH3+7/2H2O+CaSO3 NO+2NH4HSO3→1/2N2+(NH4)2SO4+SO2+H2O NO2+4NH4HSO3→1/2N2+2(NH4)2SO4+2SO2+2H2O 傳統(tǒng)濕式系統(tǒng)的普遍缺點是結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)復(fù)雜運行成本和初投資較高。但近年來研究的電化學(xué)輔助脫硝、生物輔助脫硝技術(shù)等，有望在脫硝技術(shù)上取得新的突破。應(yīng)該指出，同時脫硫脫硝技術(shù)雖說具有良好的發(fā)展前景，但目前還遠(yuǎn)不如單獨脫硫、脫硝技術(shù)成熟，且脫硝率也低于單獨方式，還有待于進一步的研究。 脫硝工藝選擇的原則 根據(jù)以上對脫硝工藝的簡要介紹，本項目控制 NOx 排放有很多種方法，各種脫硝工藝項目投資和脫硝效率各不相同，選擇何種脫硝工藝一般可根據(jù)以下幾個方面綜合考慮： (1) NOx 排放濃度必須滿足國家最新排放標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)卣畬Νh(huán)保的要求。 (2) 脫硝工藝要適用于項目已經(jīng)確定的煤質(zhì)條件、并考慮燃煤來源變化的可能性。 (3) 脫硝工藝要做到技術(shù)成熟、設(shè)備運行可靠，并有較多成功的運行業(yè)績。 (4) 根據(jù)項目的實際情況，盡量減少脫硝裝置的建設(shè)投資、運行費用。 (5) 脫硝裝置應(yīng)布置合理。 (6) 脫硝還原劑有穩(wěn)定可靠的來源。 (7) 脫硝工藝還原劑、水和能源等消耗少，盡量減少運行費用。 (8) 檢修和維護費用小。 (9) 脫硝裝置對電廠鍋爐運行的影響最小。 脫硝工藝的選擇 主要技術(shù)路線 根據(jù)熱電廠提供資料，熱電廠 1～3 號鍋爐實際氮氧化物排放監(jiān)測濃度在 ，由以上數(shù)據(jù)可以看出：NOx 排放濃度 1～3 號鍋爐均不滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223－2011)中 200mg/Nm3 的要求。 根據(jù) 2010 年 1 月 27 日實施的《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》(環(huán)發(fā)[2010]10號)規(guī)定，加強電源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，加速淘汰 100MW 及以下燃煤凝汽機組，繼續(xù)實施“上大壓小”政策，積極發(fā)展大容量、高參數(shù)的大型燃煤機組和以熱定電的熱電聯(lián)產(chǎn)項目，以提高能源利用率。在役燃煤機組氮氧化物排放濃度不達標(biāo)或不滿足總量控制要求的電廠，應(yīng)進行低氮燃燒技術(shù)改造。對在役燃煤機組進行低氮燃燒技術(shù)改造后，其氮氧化物排放濃度仍不達標(biāo)或不滿足總量控制要求時，應(yīng)配置煙氣脫硝設(shè)施。煙氣脫硝技術(shù)主要有：選擇性催化還原技術(shù)(SCR)、選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)、SNCR－SCR 聯(lián)合脫硝技術(shù)及其他煙氣脫硝技術(shù)。 熱電廠現(xiàn)有 1～3 號鍋爐投運日期均在2003年以后。根據(jù)《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》規(guī)定，燃用煙煤或褐煤且投運時間不足 20 年的在役機組，宜選用選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)或其他煙氣脫硝技術(shù)。 本項目從國家脫硝技術(shù)路線看，需要采用選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)或 SNCR－SCR 聯(lián)合脫硝技術(shù)。 主要技術(shù)特點 (1) 選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR) 1) 反應(yīng)機理選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)是當(dāng)前 NOx 治理中采用且具有一定前途的爐內(nèi)脫硝技術(shù)之一。在沒有催化劑，溫度在 850～1050℃范圍內(nèi)，氨為還原劑時，發(fā)生反應(yīng)： 4 NH 3+4 NO+O2=4 N 2+6 H 2 O 當(dāng)溫度過高時會發(fā)生反應(yīng)： 4 NH 3+5O2=4 NO+6 H 2 O 當(dāng)溫度低于 800℃時，反應(yīng)不完全，氨的逃逸率高，造成二次污染，導(dǎo)致脫硝效率降低。 SNCR 也可以采用尿素或者氨水為還原劑，加水配成一定濃度的溶液，直接噴入 800～1100℃的煙氣中，達到與噴氨一樣的效果。 2) 影響 SNCR 反應(yīng)的因素 ① 還原劑噴入點的選擇 噴入點必須保證使還原劑進入爐膛內(nèi)適宜反應(yīng)的溫度區(qū)間(850～1050℃)，這個溫度范圍存在與鍋爐燃燒室和省煤室的過熱器區(qū)域。溫度高，還原劑被氧化成 NOx，煙氣中的 NOx 含量不減少反而增加；溫度低，反應(yīng)不充分，造成還原劑流失，對下游設(shè)備產(chǎn)生不利的影響甚至造成新的污染。需要利用計算機模擬和流體力學(xué)的知識來模擬鍋爐內(nèi)煙氣的流場分布和溫度分布，以此為設(shè)計依據(jù)來合理選擇噴射點和噴射方式。 ② 停留時間 因為任何反應(yīng)都需要時間，所以還原劑必須和 NOx 在合適的溫度區(qū)域內(nèi)有足夠的停留時間，這樣才能保證煙氣中的 NOx 還原率。實驗研究表明：停留時間從 100ms 增加到 500ms，NOx 最大還原率從 70%上升到了 93%左右。 圖 SNCR 工藝示意圖 ③ 適當(dāng)?shù)?NH3/NOx 摩爾比 NH3/NOx 摩爾比對 NOx 脫除率影響也很大。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程，NH3/NOx 摩爾比應(yīng)該為 1，但實際上都要比 1 大才能達到較理想的 NOx 還原率，已有的運行經(jīng)驗顯示，NH3/NOx 摩爾比一般控制在 ～ 之間，最大不要超過 。NH3/NOx 摩爾比過大，雖然有利于 NOx 脫除率增大，但氨逃逸加大又會造成新問題，同時還增加了運行費用。根據(jù)美國環(huán)保署 Daniel C. Mussatti 等人做的 NOx 還原率與反應(yīng)溫度和停留時間的關(guān)系的實驗結(jié)果，圖 為 NOx 脫除率與 NH3/NOx 摩爾比的關(guān)系圖，從中可以看出，當(dāng) NH3/NOx 摩爾比小于 2，隨 NH3/NOx 摩爾比增加，NOx 脫除率顯著增加，但 NH3/NOx摩爾比大于 2 后，增加就很少。 ④ 還原劑和煙氣的混合 兩者的充分混合是保證充分反應(yīng)的又一個技術(shù)關(guān)鍵，是保證在適當(dāng)?shù)?NH3/NOx 摩爾比下得到較高的 NOx 還原率的基