烟气脱硝工艺 烟气脱硝工艺 PAGE PAGE # / 5 综述燃煤电厂烟气脱硝技术 摘要：人们对空气质蛍的要求越来越高.氮氧化物污染引起了人们的广泛注意.废气脱硝工艺一直是研尤亟点e本文 通过对比燃煤电厂的脱硝的各神「?艺，选出了最优匸艺一一SCR技术.木史综述\ SCR的原理.国内外研究状况、成用情况 及运行责用。通过本文可以使人们更好的r解燃煤电厂脱硝工艺。 关键字：烟气脱硝；低N6燃烧技术；SCR技术 Summary of coal-fired power plant flue gas denitrification technology Abstract: People on air quality have become increasingly demanding, nitrogen oxide pollution has aroused extensive attention. Exhaust gas denitration process has been a research priority. By contrast coal-fired power plant denitration various processes, optimum process -SCR elected technology, this paper reviews the SCR principle, research status, applications and operating costs. Through this allows people to belter understand the coal-fired power plain denitrificaiion process. Key words: Flue gas denitrification : Low NOx Combustion Technology :SCR 氮氧化物是大气主要污染物之一。通常所说的氮氧化物冇多种不同形式，如NQ、NO、NOz. N2O3 和NQ等，其中NO和NOz所占比例最大，是最重要的大气污染物国。NOx排入大气后，通过物理、化 学作用，引发一系列的环境问题.对健康和生态环境造成威胁⑵。 氮氧化物的产生途径主要有一下几个方面：1.机动车辆排放的尾气2.工业生产过程中产生了氮氧化物 3.燃烧过程产生的紆氧化物。其中燃烧过程产生的氮氧化物包括热力型、瞬时型和燃料型⑶. 机动车排气量较小，排放源流动分散。主要采用机内净化的方法去除氮氧化物同。某些工业生产过程 也会排出NOx废气，一般来说，它具有成分相对比较单一和气量小的特点，此类废气在治理中多采用湿法, 并且尽量将分离出来的NO返回原生产系统，或者形成新的副产品，或者加以无害化处理⑸.在燃烧过程 中，控制NOx的排放有两种途径；一种是在锅炉燃烧中控制燃料的燃烧，减少氮氧化物的生成；另一种是 对烟气进行处理，消除烟气中的氮氧化物（虬 交通运输、电力和火电厂排放的NOx占全部排放量的90%以上叫 电力工业又是燃煤大尸。具预测， 到2020年，原煤消耗将达到20.5亿~29.0亿吨，燃煤产生的NOx将急剧増加虬 由于火电厂燃烧所产生 的NOx所生成的含量最多且成分较其杂，所以引起了人们的广泛重视。所以本文主要介绍燃煤电站烟气脱 硝技术。 1烟气脱硝工艺比选 烟气脱硏是指从烟气中去除氮氧化物，是世界各国控制氮氧化物污染、防治酸雨危害的主要措施㈣。 据火电厂燃煤锅炉调査，一般采用低氮氧化合物燃烧技术（包括低负荷稳燃改造）的锅炉排烟中额氧化物 的浓度为500~900mg/m，,而未采用低氮氧化合物燃烧技术的锅炉排烟中NOx的质量浓度定700-1300mg/m3 之间，平均lOOOg/nP左右。所以在烟气脱硝之前先采用低NOx燃烧技术，减少氨氧化物的产生，为后续 处理减轻负担网。 现今形式各■异的脱硝工艺，其中SCR法和SNCR法在大型燃煤电厂荻得商业应用oSCR技术成熟、 脱硝率高、几乎无二次污染，应是国内烟气脱硝引进、消化的重点(山.除此之外，还有液体吸收法、微生 物吸收法、非选择性催化还原法、炽热炭还原法、催化分解法、液膜法、SNRB工艺脱硝技术、反馈式氧 化吸收脱硝技术等，这些方法或己被淘汰，或处于实验室研究阶段，或效率不高，难以投入大规模工业应 用心 表1主要烟气脫耐I：艺的比较 脱硝工艺 适用性及特点 优缺点 脱硝率 投资 二次污染小，净化效率高，设备投资高，关 SCR 适合排气坦大.连续排放源 80%~90传 较高 键技术难度大 SNCR 适合排气址大.连续排放源 不用催化剂.设备运行費用少 30实~60传 较低 处理烟气量很小的情况下 工艺简机、投资少：效率低澳门·新葡萄新京6663(中国)官方网站，副产品不易处 液体吸收法 可取 理 效率低 较低 微生物法 适用范围絞大 工艺筒执、能耗及处理费用低、效率高：仍 80% 低 处于研究阶段 活性炭吸附 排气最不大 同时脱硫脱硝.吸收剂用蛍大，设备庞大 80^-90% 高 电子束法 适用范围絞大 同时膛硫脱僭，无二次污染，运行费用高 85 高 前而介绍的多种脱硝工艺中，只有SCR和SNCR任大型燃煤电厂获得了较好的商业应用.其中SCR 在全球范围内有数百台的成功应用业绩和十几年的运行经验，日本和徳国95%的烟气脱硝装置采用SCR 技术’由于该方法技术成熟、脱硝率髙、几乎无二次污染，是我国烟气脱硝的重点工艺1成。 通过比选，综合考虑得出结论.SCR技术是最优的控制氮氧化物的方法，所以本文重点阐述SCR脱 硝工艺法。 2脱硝原理及理论研究进展 2.1低NOx燃烧技术 国外从20世纪50年代就开始了燃烧过程中NOx生成机理和控制方法的研究工作。根据己取得的成果, 影响NOx形成的主要因素为：1.燃烧中氮的含量2.反应区中氧、氮、一氧化氮和炷根的含量3.燃烧温度的 峰值4.可燃物在火焰峰和反应区中的停留时间。目前在实施低NOx燃烧时’主要针对不同的影响因素和具 体情况，选用不同的方法“虬 低NOX燃烧技术的特点是工艺成熟，投资和运行费用低。在对NOx排放要求非常严格的国家(如日 本徳国)，均采用低NOx燃烧器减少一半以上运行费用卩孔 进入20世纪90年代，有关电厂锅炉供应商对 其发展的低NOx燃烧器做了大量的改进和优化，使其日孩完善. 2.2 SCR原理 选择性催化还原&(Selective Caialytic Reduction. SCR)是指在催化剂的作用F.以NH.作为还原剂，“有 选择性地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的Nz和HzO181,还原剂可以是碳机化合物(如甲醛、 丙烯等)、国、尿素等，工业应用的还原剂主要是勤，其次是尿素。以氨为还原剂，其主要反应方程式为: TOC \o 1-5 \h \z 4NH.+4N0+O2=4N2+6H2O (1) 8NH}+6NO;=7N2+12H2O (2) 或 4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O (2a) 上而第一个反应器是主要的，因为烟气中几乎95%的NOx以NO的形式存在。在没有催化剂的情况下, 上述化学反应只在很窄的温度范困内(980*C左右)进行，即选择性非催化还原(SNCR)。通过选择合适 的催化剂，反应温度可以降低，并且可以扩展到适合电厂实际使用的290-430V范国。最常用的金属基催 化剂含有氧.化机、氧化钛、氧化铝、氧化鸨等卩乳 2.3 SCR脱硝反应过程 SCR烟气脱硝反应过程是一种典型的气固非均相催化反应，遵循气固相催化反应的一般原理。对于 SCR脱硝催化剂，孔道壁面称为催化剂外表面，壁内分布有数量巨大的肉眼看不见的细孔，细孔的表面称 为催化剂内表面，与外表面积相比，这些细孔的总的表面积十分巨大，化学反应主要在内表面上进行。 SCR脱硝反应过程可概括为以下七个步骤； 反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递； 反应组分从催化剂外表而向催化剂内表面传递(细孔内的传质)： 反应组分在催化剂表而上进行吸附(Adsorption)： 反应组分在催化剂表面上进行化学反应； 反应产物在催化剂表而上进行解吸附(Desorption)： 反应产物从催化剂内表而向催化剂外表面传递(细孔内的传质)： 反应产物从催化剂外表而向流体主体传递。 在以上七个步骤中，第一和第七步是气相主体与催化剂外表面进行的物质传递?称为外扩散过程.第 二和第六步是催化剂细孔内的物质传递，称为内扩散过程.第三、四、五步统称为表面化学反应过程(Surface Reaction) 20,o 2.4烟气脱硝催化剂 烟气脱硝催化剂通常有蜂窝状、管状、分子筛和板式结构，而最常用的形状则是蜂窝状，因为它不仅 强度好.而且容易清理。几乎所有的催化剂都含有少量的氧化机和氧化钛，因为它们具有较高的抗SO3的 能力⑵澳门·新葡萄新京6663(中国)官方网站。催化剂的结构、形状随它的用途而变化。SCR催化剂的载体可以是氣化钛、沸石、氧化铁、或 活性炭。燃煤锅炉使用的大多数催化剂是由机和钛混合而成，然而最终的催化剤组分可能是由很多的活泼 金属和载体物质构或，从而来满足每个SCR设备的特殊需要1马。在催化剂的使用过程要保证催化剂 活性，防止催化剂中毒和枳灰。另外，催化剂的自主研发与工业应用研究还没冇完成。而催化剂的成本占脱 硝工程总成本的30%-40%,如果能实现催化剂国产化.将使该技术的竞争力迈上更高台阶2刃。 3国内外烟气脱硝装置的应用情况 SCR法的发明权属于美国，而日本率先与20世纪70年代对其实现了商业化。目前这一技术在发达国 家已经得到了比较广泛的应用，欧洲、日本、美国是当今世界上对燃煤电厂NOx排放控制最先进的地区和 国家。在这些地区和国家，除了采取燃烧控制之外，都大量使用SCR烟气脱硝技术1釧■徳国于20世纪80 年代就引入SCR技术.并规定发电量50MW以上的电厂都的配备SCR除NOX系统网。其火力发电厂的 烟气脱硝装置中SCR法大约占95%o日本和欧洲在应用SCR方而所取得的经验己有大量的文献资料报道 口虬关于題的逃逸氯、空间速度、NOx的脱除率、空气预热器的设计和运行在日本和欧洲都有很大提高。 我国从20世纪80年代就开始了火电厂烟气脱硝的研究工作.取得了一定的成绩。目前?我国己建的 燃煤电站脱硝工程如下表所示12。 表2我国已建燃煤电站脱硝工程 建设状态 JEs 技术来源 已建漳州后石电厂6*6(X)MW中盆&日立 已建 漳州后石电厂6*6(X)MW 中盆&日立&SCR 巳建 江苏太仓电厂2,600 江苏苏源环保SCR 已建 瘦门屬屿电厂V300 上海电气集团&IH】SCR 已建 广州恒运热电厂2*300 东锅&鲁齐SCR 通过不断的研发和实践，国内采用具有自主主权SCR核心技术的脱硝工程，大大推进了我国今后烟气 脱硝事业的发展。 4运行费用 燃煤烟气脱硝工艺和设备的选择应重视经济分析，应注意一下几点。1、立足长远2、技术成熟，运行 可靠并且较多的应用业绩3、甘约成本目前，在世界上芥国应该较广泛的脱硝技术主要有SCR法、天 然气再燃法、超细煤粉再燃法、低NOx燃烧器、燃烧优化调整等。下表对这几种脱勝技术的经济性进行了 模糊的评判。 表3几种脱硝技术的经济性比较 指标 SCR技术 天然气再黙法 超细煤粉再燃法 低N6燃烧器 燃烧优化调整 投资成木/（元/kW? 300 16() 50 60 60 运行成本/（元/kW. 0.05 0.038 0.01 0.005 0.002 脱備效率 80 60 55 50 40 技术成熟度 高 中等 低 高 从中可以看出SCR法是效率最高，成本也相对最髙的一种脱硝工艺。昂貴的成本成为制约这项技术 在我国发展的主要因素。目前随着环境法规的越发严格，并旦在这些脱硝技术中，SCR具有占地面积小， 脱硝效率高、技术成熟、运行可靠性好、技术进步快等优点SCR技术已经成为首选。 目前，在美国、欧洲和日本，90G以上的火电机组采用低NOx燃烧器和SCR工艺来脱硝。下表为国 外几家电厂运行SCR脱硝技术的经济指标。 表4国外电厂已运行SCR脱硝技术经济指标风 机组容屋/ （MW） 未脱俩前NOx含量 /10-6 NOx脱硝率/% 投资成木/ （美元/kW） 540 1700 80 125.2 5 540 570 80 105.2 5 540 430 80 140.2 5 100 660 80 122 2 300 660 80 88 2 300 660 80 83 2 50() 660 80 80 2 1000 300 80 76 450 250 65 37 500 219 60 36 710 410 79 57 750 395 78 66 由上表可以看出，各电厂SCR脱硝成本差异较大，大约在36-140美元/kW的范用内变化。SCR的投 资成本主要是由锅炉的结构特性和燃料特性决定的。由美国能源部的统计分析表明，如果锅炉采用前后墙 对冲或四角切圆的燃烧方法，机组进行脱稍改造时投资成本大约50~70美元ZkW；如果锅炉采用旋风燃烧 的方式或者采用液态排渣的方式，机组进行脱硝改造时投资成本大约50~80美元ZkW°而新机组在开展脱 硝工程时，投资成本一般少于40美元/kW。对于燃用石油或天然气的锅炉，由于NOx和粉尘的排放浓度 都比较低，其脱硝改造的投资成本一般为25-30美元/kW° 脱硝的投资成本受很多因素的影响，除了以上提到的锅炉燃烧方式、燃烧特性以外，还与机组的容量、 燃料中微量元素的含量、脱硝率、人II NOx浓度已经催化剂的布置安排等多种因素有关，这需要对SCR 工程进行认貞.分析以后，才能做出合理的评价。根据工程规模的不同，总费用也存在一定的差距。 5结论与展望 环境污染的日趋严重越来越显而易见，环境容量的不足已经成为电力发展的瓶颈，国家有关部门发布 的资料显示，我国大气环境恶化的形势是极其严峻的1叫澳门·新葡萄新京6663(中国)官方网站。而氧氧化物的治理，不但需要的投资十分巨大， 而且技术的复杂程度也比较髙，所以，无论从经济上还是从技术上都是我们面临的又一个新的挑战。为了 是这一技术在我国尽快得到应用，特提出以下建议- （1） SCR与脱硝技术的联合应用技术方面大量资料说明，SCR和燃烧控制的组合，是世界上脱确 领域领先的国家中应用最多的联合脱硝措施。他们的经验表明，通过采取这些综合技术措施.可以在一定 程度上节省投资和运行费用的同时，满足日益严格的NOx排放标准的要求。 （2） 研究开发适合我国国情的工艺条件和催化剂品种目前广泛应用的SCR系统，大多是用以VQs为 载体的氧化钛基催化剂，价格较贵，通过研究发现开发以廉价材料为催化剂基础的低温SCR技术，将有可 能使整体SCR费用降低。 （3） SCR烟气脱硝技术作为目前最成熟、效率最高的脫用技术，我国应加快技术引进、消化吸收.并 建立起独立自主的选择性催化还原（SCR）脱硝技术体系. 总之，我国今后除了继续摸索燃烧控制NOx方面的现有技术和跟踪其新动向之外，应该有计划地开展 对SCR的学习研究，加快立足于我国的物质基础和技术基础的有关问题的研究和应用试点工作。随着我国 环保要求的不断提髙，如何降低锅炉燃烧时NOx排放量显得越来越重要，在解决这一问题方而国外许多厂 家和研究机构己做了大量的工作，积累了丰富的经验，值得我们学习和借鉴，从而使我国电站锅炉环保水 平能够满足新时期社会发展的要求。
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