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摘要
通过造纸厂煤粉锅炉烟气SNCR+SCR联合脱硝治理的工程实例,介绍了联合法脱硝的原理以及脱硝系统的构成及其主要设备参数,考察了连续运行时的处理效果及其运行成本。工程运行结果表明,该工艺简单、占地面积小、投资及运行费用低、烟气脱硝效果好且能够长期稳定运行。在10个月的稳定运行期间,烟气NOx排放浓度<30mg/m3,氨逃逸量<2ppm,达到甚至优于《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的相关规定。
关键词:联合法脱硝;造纸厂;煤粉锅炉;工程运行
引言
我国是一个燃煤及产煤大国,据统计,全国67%的NOx排放量来自于煤炭的燃烧[1]。随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的颁布,我国对NOx的排放控制日趋严格,因而对燃煤工业锅炉进行脱硝技术改造成为我国NOx减排的一项重要措施。
目前应用较多的脱硝技术主要包括选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)及其联用的SNCR+SCR技术[2]。SCR技术是利用脱硝催化剂在300~400℃范围内将NOx还原为N2和H2O,目前已在全球范围尤其是发达国家得到广泛应用,但该工艺投资和运行费用较高,难以在国内中小企业中普及[3]。SNCR又称为热力脱硝,通过在炉膛高温区(850~1100℃)均匀喷入还原剂来实现NOx的脱除[4]。该工艺适用于中小型锅炉的改造,投资费用低,但氨逃逸高,脱硝效率较低。SNCR+SCR联合脱硝技术结合了SCR和SNCR两种工艺的特点,在脱硝工艺前段采用SNCR技术脱除大部分的NOx,而在脱硝工艺的尾部只需采用少量的SCR催化剂即可使烟气NOx达标排放。该工艺适用于受空间限制而无法加装大量催化剂的锅炉改造,相比与SCR技术,在取得较高脱硝效率的同时,其投资及运行成本均有所降低[5]。
山东某纸业以生产高档涂布白板纸、牛皮卡纸、牛皮箱板纸为主,广西博世科环保科技股份有限公司应业主邀请对该纸业自备热电站3台煤粉锅炉进行SNCR+SCR联合脱硝改造,工程于2014年6月始调试,至今SNCR+SCR联合脱硝已连续稳定运行了10个月,设备状况正常,脱硝效果良好,烟气排放NOx达到甚至优于《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的要求。
1、SNCR+SCR脱硝原理
SNCR+SCR联合脱硝技术综合了两种技术的优势,在提高脱硝效率的同时不但降低了投资和运行成本,还减少氨逃逸量,减少二次污染。工艺前段的SNCR工段将氨气、氨水、尿素溶液等氨基还原剂喷入锅炉炉膛850~1100℃部位,氨基还原剂迅速分解成NH3并选择性地还原烟气中的NOx,而基本上不与烟气中的O2作用。该过程中NH3或尿素还原NOx的主反应为:
4NH3+4NO→4N2+6H2O(1)
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O(2)
2CO(NH2)2+4NO+O2→4N2+4H2O+2CO2(3)
2CO(NH2)2+2NO2+O2→3N2+4H2O+2CO2(4)
当温度过高时,部分氨还原剂就会被氧化而生成NOX,发生副反应:
4NH3+5O2→4NO+6H2O(5)
尾部的SCR烟气脱硝装置通常布置在省煤器与空预器之间,反应温度区间在300~420℃之间,在催化剂作用下,NH3选择性的和烟气中的NOx反应生成N2和H2O,其主反应为:
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(6)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O(7)
2、SNCR+SCR联合脱硝工程
2.1工艺流程设计
山东某造纸厂燃煤锅炉烟气NOx排放浓度超过相关国家环保标准限值,对于燃煤锅炉烟气,该工程采用SNCR+SCR联合脱硝技术进行烟气脱硝处理[6],运用尿素溶液作为还原剂,其工艺流程见图1。
如图1所示,固体尿素与软化水按一定的比例在尿素溶解罐中溶解,溶解的尿素溶液经物料泵输送到尿素储罐中,储罐内的尿素溶液经由投加泵送至静态混合器内与稀释水泵输送过来的软化水按照比例混合,将尿素溶液稀释到设定的浓度后,再输送至喷枪。在喷枪处同时喷入一定压力的压缩空气以保证尿素溶液的雾化均匀性,雾化后的尿素在炉膛高温的作用下迅速分解成NH3,与烟气中的NOX发生氧化还原反应,将大部分NOX去除,未完全反应的NH3随烟气进入到尾部的SCR催化反应器中,在催化剂的作用下继续与剩余的NOX反应,进一步减少NOX排放量。为防止尿素溶液在存储及输送的过程中结晶,需对溶解罐、储罐及输送管道进行保温。SCR系统设置1套吹扫装置,按照一定的时间间隔定期清理催化剂表层积灰;设置1套氨逃逸检测分析仪显示烟气中NH3气体浓度;设置1套取样装置,定期检查催化剂活性;设置1套尿素补偿装置,在SNCR系统未反应NH3不足时为SCR工段提供还原剂。
图1SNCR+SCR联合脱硝工程工艺流程图
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