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基于火电厂烟气脱硝技术的研究

北极星环保网来源:基层建设 陈杰2017/12/2 8:56:41我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝技术 烟气脱硝 SCR

北极星环保网讯:火电厂未经处理的烟气中,含有大量的氮氧化物,基本是以NOx的方式排放到空气中,造成严重的环境污染,直接降低了空气的质量水平。火电厂烟气脱硝已经成为重要的环保项目,全面采用烟气脱硝技术,控制烟气中的氮氧化物,做好脱硝环保的工作。

关键词:火电厂;烟气脱硝技术;技术原理

火电厂运行的过程中,容易造成空气污染,增加了环境保护的压力。近几年,我国在火电厂内采用烟气脱硝技术,用于降低排放烟气中氮氧化物的含量,改善排放烟气的质量。烟气脱硝技术在火电厂中发挥重要的作用,有利于减轻排放烟气的污染性,所以,脱硝技术在电力工业一直是大家关注的焦点,本文就从燃煤电站锅炉脱硝技术应用谈谈自己的见解。

一、烟气脱硝技术的发展背景

我国烟尘排放量的70%与氮氧化物排放量的80%都是因为煤的燃烧造成的。我国的大气污染主要是烟煤型大气污染,在我国的能源结构中,煤炭占了其中的3/4,即75%。以往至今甚至是未来很长的一段时间,我国都是以煤为主要燃烧物的发展中国家。

而煤燃烧后便会排放大量NOx,这是造成大气污染的污染源。所以,以现在我国和相关企业的实际情况,脱硝工艺成为当今社会的急切需要。要求在使用时选择一种或者几种工艺成熟,符合相关经济指标,投资小又能符合现代严格的环保标准的脱硝工艺。

二、火电厂烟气脱硝技术分析

2.1选择性催化还原

火电厂内烟气排放中的氮氧化物达到一定的标准后才能排放到空气中,传统低氮技术存在一定的局限性,无法达到烟气净化的标准,为降低NOx的含量,推行烟气脱硝技术。烟气脱硝技术中的选型性催化还原,即:SCR,需要在催化剂的条件下完成脱硝,常用的催化剂有:CO、NH3,主动还原火电厂烟气排放中的NOx,促使其转化成水和N2,保持300℃-450℃的高温环境,确保SCR脱硝的效率。

2.2低温SCR

低温SCR也是烟气脱硝技术的一种,此类脱硝工艺需要按照SCR的反应原理,促使化学反应中的催化剂能够适应在低温环境中,温度范围是120℃-300℃。低温SCR技术对火电厂烟气中的NOx,具有选择还原的优势,与普通SCR相比,表现出极大的优势。低温SCR技术的严重主要体现在三个方面:

(1)低温环境下催化剂的活性表现,催化剂反馈出的状态;(2)低温SCR技术在火电厂烟气排放中的应用,是否受到外界环境的影响,特别是脱硝环境中的NH4NO3、(NH4)2SO4等物质,以免降低烟气脱硝的效果;(3)低温状态下,烟气脱硝、环境中潜在的水蒸气是否影响低温SCR的反应。

三、烟气脱硝技术原理

烟气脱硝技术的原理是在燃料基本烧完后利用还原剂把气体中的NOx还原成N2。烟气脱硝技术根据反应的温度,解决方式,是否要用催化剂等可分为以下几种方法:选择性非催化还原(NSNCR)、液体吸收法、SNCR-SCR综合法和选择性催化还原反应(SCR)烟气脱硝的原理是通过脱硝剂的还原性还原废气中的NOx,而还原剂通常是含氮的氨基物质,一些常用的还原剂有:液氨、氨水以及尿素。

液氨则是一种可压缩液化的有毒气体,而且当储存的量超过100吨的时候就变成了特大危险源。尿素是一种农用肥料,它的结晶体一般呈两种颜色:白色或者浅黄色。它的特性是:吸湿性强且易溶于水。用尿素作为脱硝的还原剂是还需要用专门的装置把尿素转化成氨,目前主要有两种尿素制氨的方法,分别是:水解法和热解法。

3.1选择性催化还原法(SCR)

SCR(Selective Catalytic Reduction〕由美国Eegelhard公司发明,并于1959年申请了专利,而日本率先在20世纪70年代对该方法实现了工业化。

它是利用和催化剂铁、钒、铬、钴、镍及碱金属在温度为200℃~450℃时将NOx还原为N2。NH3具有选择性,与NOx发生反应,基本上不与O2反应。其主要的化学反应如下:

(1)4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

(2)2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O

(3)4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

在上面的反应式中反应(1)是主反应。这是因为在通常情况下,烟气中的绝大部分NOx都只是以NO的形式存在。在没有催化剂催化时,这里面的反应都只能在一个很小的温度范围内进行化学反应,而在选择了合适的催化剂的情况下,则会在一定程度上降低反应温度,同时也能拓展到适宜电厂实际情况的290℃~430℃。

在通常情况下,烟气中的绝大部分NOx都只是以NO的形式存在。选择性还原系统的组成部分包括:氨的储存系统、反应器、氨和空气的混合系统、监测控制系统、氨喷入系统。绝大部分燃煤电厂的SCR反应器都设置在锅炉省煤器和空预器的中间,所以这空间的温度刚好适宜SCR反应器进行还原反应。为了让氨与烟气混合之后在反应器内和NOx发生反应,则会把氨喷射在省煤器和SCR反应器中间烟道的适当位置。

3.2选择性非催化还原法(SNCR)原理与运用

选择性非催化还原法(SNCR)又被称作为热力脱硝。除了不用催化剂外,它和SCR法的基本原理和化学反应差不多都一样。为了避免氨被氧化成氮氧化物,在没有催化剂的作用下,如果要发生反应则需要高温介于900℃~1200℃之间,因此温度的控制尤为重要。NH3或者尿素作为还原剂还原NOx的化学反应为,如下:(以NH3作为还原剂为例)

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O尿素为还原剂:

(1)(NH4)2CO→2NH2+CO

(2)NH2+NO→N2+H2O

(3)CO+NO→N2+CO2

在此反应中,当温度变得更高时,NH3就会被氧化为NO,即4NH3+5O2→4NO+6H2O。通过这个反应实验我们可以得出:当温度低于900℃时,会造成NH3的反应不够完全,因而氨会发生漏失;如果温度过高,NH3被氧化成NO的量就会增加,造成NOx排放的浓度增加,由此可以得出SNCR法最重要的是温度的控制。这个方法的脱硝效率大概是25%~70%,多作为一种低NOx燃烧技术的补充解决方案。

四、火电厂烟气脱硝技术的发展

我国在“十二五”会议中明确指出了氮氧化物的排放标准,表明烟气脱硝技术的重要性,也预示着脱硝技术的发展潜力。我国比较成熟的是NOx的燃烧控制,在控制过程中减小NOx,实现烟气脱硝,但是相比燃烧后NOx控制,仍旧潜在弊端,因此,我国将火电厂烟气脱硝技术的定位转向燃烧后控制,促进以SCR为代表的烟气脱硝技术的发展,提升烟气脱硝技术的应用水平,SCR逐渐成为火电厂烟气脱硝技术的发展重点,具备优质的发展前景。

结束语:

火电厂烟气排放中的氮氧化物,对空气环境的污染很大,也是环境治理中的一大难题。火电厂烟气中氮氧化物的含量非常高,必须采取烟气脱硝技术,才能实现清洁的烟气排放,以免影响空气质量。随着火电厂的运行与发展,烟气脱硝技术面临着巨大的压力,所以结合烟气脱硝技术在火电厂中的应用现状,推进烟气脱硝技术的发展。

延伸阅读:

SCR烟气脱硝系统喷氨优化实例分析

SCR烟气脱硝系统的运行方式及控制

尿素热解法SCR烟气脱硝中节能改造的技术及应用

SCR烟气脱硝系统上层催化剂磨损原因分析

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