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国内焦化企业烟气脱硫脱硝技术

北极星环保网来源:生态与环境 赵宝杰2018/4/28 11:33:23我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硫脱硝 湿法脱硫 SCR

2目前国内常见的焦炉烟气脱硝技术

NOx的形成是由于氮与氧在非常高的温度时结合,在通常的燃烧温度下,煤燃烧生成的NOx中,NO占90%以上,NO2占5%~10%,而N2O只占1%左右。在大气污染治理领域里,NOx主要指的是NO和NO2。

有关NOx的控制方法可以从燃料的生命周期的三个阶段入手,即燃烧前、燃烧中和燃烧后。国际上把燃烧中NOx的所有控制措施统称为一次措施,主要是低NOx燃烧技术;把燃烧后的NOx控制措施称为二次措施,又称为烟气脱硝技术,其中包括选择性非催化还原技术(简称SNCR)、选择性催化还原技术(简称SCR)、低氮燃烧改造、固体吸附法、电子束照射法、吸附法等。

2.1燃烧中优化加热源头控制

通过控制焦炉加热来改变燃烧条件来控制NOx生成,达到降低NOx浓度的目标。通过优化焦炉加热,可以提高焦炉温度均匀性适当降低焦炉标准温度、优化燃烧空气系数、降低废气高温区,从而将烟气氮氧化物含量控制到500mg/m3。

2.2燃烧后烟气脱硝方法(还原法)

2.2.1中低温NH3-SCR法

NH3-SCR法烟气脱硝反应原理是:4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O。SCR脱硝原理如图1所示,是利用NH3和催化剂(铁、钒、铬、钴或钼等碱金属)在温度为300℃~400℃(中温)或180℃~300℃(低温)时将NOx还原为N2。NH3具有选择性,只与NOx发生反应,基本上不与O2反应,所以称为选择性催化还原脱硝法。

在没有催化剂的情况下,上述化学反应只是在很窄的温度范围内(850℃~1100℃)进行。SCR技术采用催化剂,催化作用使反应活化能降低,在电厂中,反应可在较低的温度条件(300℃~400℃)下进行,相当于锅炉省煤器与空气预热器之间的烟气温度。SCR脱硝效率一般为60%~90%。在焦化厂中,由于烟气本身温度很低(200℃~300℃),需采用低温脱硝催化剂使脱硝反应在此温度期间进行。

2.2.2NH3-SNCR法

NH3-SNCR法是在没有催化剂存在的条件下,利用还原剂将烟气中的NOX还原为无害的氮气和水的一种脱硝方法,该方法首先把含有NH2的还原剂喷入炉膛中800℃~1000℃的区域,还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行还原反应生成N2和水,主要的化学反应为:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O;2CO(NH2)2+4NO+O2→4N2+2CO2+4H2O,由于反应温度限制,不适用于焦炉烟气脱硝。

2.2.3FO-尿素法脱硝

本技术原理为是利用臭氧将烟气中含量较大的NO部分氧化生成NO2,使NO和NO2两者比例接近1∶1,然后在脱硝塔中NO2、NO与尿素溶液发生还原反应,生成可排放的N2、CO2和H2O。反应原理为强制氧化反应O3+NO==NO2+O2还原反应CO(NH2)2+NO2+NO==CO2+3N2+2H2O此工艺技术方案优点是:烟气脱硝过程中不使用催化剂,因此无催化剂的投资及使用过程中的更换成本;此工艺技术方案缺点是:该方案本质是属于湿法脱硝技术,操作温度低,需要在50℃~70℃下稳定操作,不能满足焦炉烟囱的热备。

2.3燃烧后烟气脱硝方法(氧化法)

氧化法脱硝,其原理是利用强制氧化,生成强氧化性OH基、O原子,这些强氧化基团氧化烟气中的二氧化硫和NOx、生成硫酸和硝酸,再加入氨气,则生成硫硝铵复合盐。目前,该技术还不成熟,有待进一步开发。

2.4吸附法脱除NOx法

常用的吸附剂有分子筛、活性炭、天然沸石、硅胶及泥煤等,其中有些吸附剂如硅胶、分子筛、活性炭等,兼有催化的性能,能将废气中的NO催化氧化成NO2,然后用水或碱吸收而得以回收。吸附法脱硝效率较高,能达到70%~80%,但是因单位体积吸附剂的NOx吸附量小,吸附剂用量多,设备庞大,设备成熟度不高,再生频繁、投资运行费用高昂等原因,工业应用不广泛。

在上述脱硝方法中,选择性催化还原技术(SCR)由于脱硝效率最高、最为成熟,因此世界上大多数国家如美国、日本、欧洲各国等均采用SCR技术作为锅炉烟气脱硝的首选技术,日益成为当今脱硝技术的主流。另外,优化加热技术可以从源头有效降低氮氧化物的产生,符合经济运行条件,需要着重考虑。

3目前焦化行业常见的几种脱硫脱硝一体化技术

焦炉烟气相比电厂、垃圾处理厂等工厂企业,具有焦炉烟气温度相对较低(一般在200℃~300℃)、焦炉烟气成分复杂(除含有H2O、CO2、N2、O2、SO2、NOX、粉尘颗粒物等组分外,还含有一定浓度的H2S、NH3、CH4、H2、CO、苯系物、焦油、游离碳等组分、含硫不高(200mg/Nm3~500mg/Nm3)等特点,同时,焦炉原烟囱必须始终处于热备状态,形成烟囱吸力,以保证焦炉燃烧系统空气、废气的流通。目前,国内已有的焦炉烟气脱硫脱硝一体化技术主要有以下几种。

3.1升温+SCR脱硝+(余热回收+)湿法脱硫+湿式电除尘+加热空气热备

图2为升温+SCR脱硝+(余热回收+)湿法脱硫+湿式电除尘+加热空气热备。此类技术的优点是技术成熟,脱硫脱硝工程造价低。缺点要是能耗高、副产物价值低、有二次污染。造成能耗高的原因是烟气本身的热能在湿法脱硫过程中被大量浪费,进烟囱前还需加热回来,所以能耗很高。

脱硝选用中温SCR技术,虽然一次性投资较低,但是由于是在适用范围的下限运行,如果NOx本身较高,又需要按特别排放限值控制,脱硝效率很难达到。而湿法脱硫的脱硫产物可能形成二次污染,脱硫后烟气排放也有形成白烟污染的风险。此类技术是目前应用较多的技术之一,由于技术成熟,用户使用起来操作风险较低。此类技术虽然一次性投资较低,但综合运行成本偏高,长期运行对企业成本控制十分不利。

其中仅烟气加热和加热空气热备的能源消耗成本就十分高昂,以本项目为例,先升温的温差约80℃,加热空气(所需气量一般不少于5~6万标方)用来热备烟囱温差约160℃,仅加热升温一项吨焦运行成本预计增加6元~10元。

延伸阅读:

在低温条件下烟气脱硫脱硝技术的研究与应用

焦炉烟气脱硫脱硝技术进展与建议

150MW循环流化床锅炉脱硫脱硝技术改造及燃烧优化

低温条件下烟气脱硫脱硝技术的研究与应用

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