一.烟气脱硝的意义
防止环境污染的重要性,已作为世界范围的问题而被尖锐地提了出来。随着现代工业生产的发展和生活水平的提高,大气污染成了人们十分关注的问题。
二氧化硫是大气的重要污染源之一,其污染危害甚大,故七十年代中,研究烟气脱硫技术被许多国家列为防治大气污染的重点,相继建成了一些工业规模的实用的处理装置,与此同时,对大气污染中的另一个大问题,即氮氧化物NOX的污染问题,人们也开始了防治技术的研究和开发。NOX在阳光的作用下会引起光化学反应,形成光化学烟雾,从而造成严重的大气污染。七十年代以来NOX的大气污染问题已被日益重视,人们发现:人体健康的伤害、高含量硝酸雨、光化学烟雾、臭氧减少以及其他一些问题均与低浓度NOX有关系,而且其危害性比人们原先设想的要大得多。
氮氧化物(NOX)种类很多,包括一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮 (NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等多种化合物, 但主要是NO和NO2,它们是常见的大气污染物。
二、 脱硝技术介绍
1. 氮氧化物形成机理
a. 热力性:燃料燃烧时,空气中的氮在高温下发生氧化反应。随着反应温度的升高,其反应速率按指数规律增加。当<1000℃时,NO的生成量很少,而当1400℃时,每增加100℃,反应速率增大6-7倍。
b. 燃料型:由燃料中含氮有机物在燃烧中氧化而成。在600-800℃时就会生成燃料型NOx ,在生成燃料型NOx过程中,首先是含有氮有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物基团,然后再氧化成NOx ,它在煤粉燃烧NOx产物中占60-80%。
c. 快速型:快速性NOx是1971年通过实验发现的。在碳氢化合物燃料浓度大的反应区附近会快速生成NOx。由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N,再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx ,其形成时间只需要60ms,所生成的量与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。这种反应主要发生在内燃机的燃烧过程中;对燃煤锅炉,其生成量很小。
燃烧过程中三种生成机理对NOx量的贡献示意图
2.脱硝技术简介
a .改变燃烧条件:包括低过量空气燃烧法,空气分级燃烧法,燃料分级燃烧法,烟气再循环法。
b .炉膛喷射脱硝:包括喷氨及尿素,喷入水蒸汽,喷入二次燃料。
C.烟气脱硝:烟气脱硝技术按照其作用原理不同,主要分为催化还原、吸收和吸附三类
按照工作介质不同可分为干法和湿法两类。
(1)干法脱硝。
(烟气催化脱硝,电子束照射烟气脱硝)
(2).湿法脱硝。
主要脱硝技术汇总表
3.常用技术介绍
a. SCR技术 (选择性催化还原法Selective Catalytic Reduction,SCR)
在催化剂(如V2O5/TiO2和V2O5-WO3/TiO2)作用下,还原剂NH3在290-400℃下将NO和NO2还原成N2,而几乎不发生NH3的氧化反应,从而提高了N2的选择性,减少了NH3的消耗。
还原剂主要有:液氨,尿素和氨水。
SCR 特点结构较复杂,运行方便;运动设备少,可靠性高;无副产品,消耗催化剂;脱硝效率高,80-90%;投资高。
b. SNCR技术(选择性非催化还原Selective Non-Catalytic Reduction SNCR)
是一种不用催化剂,在850~1100℃的温度范围内,将含氨基的还原剂(如氨水,尿素溶液等)喷入炉内,将烟气中的NOx还原脱除,生成氮气和水的清洁脱硝技术。在合适的温度区域,且氨水作为还原剂时,其反应方程式为: 4NH3 + 4NO + O2→4N2 + 6H2O (1)然而,当温度过高时,也会发生如下副反应: 4NH3 + 5O2→4NO + 6H2O(2)SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率低,受锅炉结构尺寸影响很大。
SNCR脱硝技术特点:
l NOx脱硝率低,仅可达到25-60%;
l 因不增加SO3可较SCR放宽NH3逃逸条件;
l 对于多层喷入,控制系统适当的跟随负荷及温度能力;
l 工程造价较低,占地面积小,适用于老厂改造;
c. SCR与SNCR技术对比