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什么是典型煙氣脫硝技術
更新時間:2023-05-12
目前,煙氣脫硝工藝主要有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)以及活性炭/焦吸附法等。
2.1選擇性催化還原法(SCR)
選擇性催化還原法具有較高的脫硝效率,在火電廠燃煤煙氣脫硝中應用廣泛,于20世紀70年代在日本實現商業化,隨后歐美引入該技術。中國于20世紀90年代引入SCR工藝,截止2011年,采用該技術的煤電機組占脫硝裝機總容量的93.3%。SCR是最有希望成為鋼鐵行業凈化燒結煙氣的工藝技術,該方法的原理是利用還原劑(液氨、氨水、尿素等)與煙氣中的NOx發生反應生成N2和H2O,以達到脫除氮氧化物的目的。其基本反應方程式如下:4NO+4NH3+O2→4N2 +6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2 +6H2O
反應需在一定溫度和催化劑的作用下進行。催化劑是該工藝的關鍵之處,從貴金屬發展到釩鈦催化劑,目前高溫或低溫催化劑是研究重點。對于燒結煙氣脫硝,適宜溫度為120~200 ℃,若溫度過高,會產生催化劑活性微晶高溫燒結現象;若溫度過低,因硫酸銨在催化劑表面凝結,堵塞催化劑的微孔而降低其活性。圖1所示為SCR脫硝工藝流程示意圖,主要包括煙氣系統、反應系統、氨儲存和供應系統、氨/空氣混合噴霧系統以及控制系統。煙氣經過除塵、脫硫處理后,進入加熱裝置升溫,隨后進入催化反應器;還原劑在混合器中與空氣混合,被噴入反應器,與煙氣中的氮氧化物發生反應。SCR工藝的脫硝效率較高,能達到70%~90%。但因燒結煙氣溫度低、需先經過脫硫處理以及存在氨逃逸等問題,在鋼鐵企業燒結煙氣治理中還未得到應用,處于積極探索研究階段。
2.2選擇性非催化還原法(SNCR)
選擇性非催化還原法發展也較為成熟,在日本首次投入商業應用,到今天已運用于各種燃料的所有類型的鍋爐中。SNCR工藝原理是利用氨或尿素等氨基還原劑選擇性地將煙氣中的NOx還原為N2和H2O。其基本反應方程式如下:氨:4NO +4NH3+O2→4N2 +6H2O
尿素:2NO +(NH2)2CO +1/2O2→2N2 +2H2O +CO2
與SCR工藝不同的是,該反應不需要催化劑,但反應溫度較高,反應處于適宜的溫度區間對于脫硝效率有重要的影響。若選取氨為還原劑,最佳反應溫度區間為870~1 100 ℃,而尿素的最佳反應溫度為900~1 100 ℃。圖2所示為燃煤鍋爐SNCR脫硝工藝流程示意圖,主要包括氨存儲系統、稀釋模塊、計量模塊、分配模塊、噴射系統以及控制系統。該方法以鍋爐為反應器,將還原劑噴入燃燒室,迅速分解為NH3,與NOx反應。
2.3活性炭/焦吸附法
活性炭/焦聯合脫硫脫硝工藝在日本燃煤電廠及燒結廠得到了應用,利用活性炭/焦的吸附催化性能,將其作為還原劑與煙氣中的氮氧化物發生反應。其中,活性焦相比于活性炭更加耐磨、耐壓、耐沖擊,且比表面積更小,脫硫脫硝性能更佳。其基本反應方程式如下:脫硫: 2SO2+O2+2H2O→2H2SO4
脫硝: 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O圖3所示為該工藝的工作原理示意圖,主要由煙氣系統、吸附系統、解析系統、制酸系統、活性炭/焦輸送系統、控制系統等組成。原煙氣進入吸收反應塔后,SO2首先被活性炭/焦吸收,隨后活性炭/焦的催化作用使NH3與NOx反應轉變為N2和H2O。飽和態的活性炭/焦進入再生塔,被加熱到約400 ℃,解析出SO2。