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电厂NOx控制技术综述
发布时间:2020-01-22浏览次数:39返回列表

于奔

(中国矿业大学,江苏徐州221008)

【摘要】本文就电厂中的NOx 控制技术尤其是烟气脱硝技术做了部分的综述,介绍了其工作原理、注意事项及技术特点。

【关键词】烟气脱硝;选择性催化还原法;选择性非催化还原法;SNCR/SCR 联合脱硝技术

根据《2011 中国环境状况公报》,2011 年全国氮氧化物排放量2404 万吨,与2010 年相比上升了5.73%。有关资料表明,电站锅炉的NOx 排放量占各种燃烧装置NOx 排放量总和的一半以上,而且80%左右是由煤粉锅炉排放的。因此,能否降低燃煤等矿业燃料锅炉气体污染物NOx 的排放已成为影响能源动力工程等行业可持[来自Www.lw5u.com]续发展的关键因素之一。

一、NOx 的生成机理

(1)热力型NOx(Thermal NOx)。由于燃烧空气中N2 在高温下氧化而产生的。(2)燃料型NOx(Fuel NOx)。燃料中含有的氮氧物在燃烧过程中氧化而生成的。其在煤粉炉中大约占全部NOx生成量的75%~95%。(3)快速型NOx(prompt NOx)。当碳氢化合物燃料过浓燃烧时,在反应区附近会快速生成NOx,它是先通过燃料燃烧时产生的CH 原子团撞击N2 分子,生成CN 类化合物,发生如下反应,即CH+N2→H CH+N,C+N2→CN+N,CH2+N2→HCH+NH。

二、电厂中对NOx 的控制技术

电厂中可以通过三个阶段控制NOx 的排放,即燃烧前、燃烧中、燃烧后。现在对燃烧前NOx 的控制研究很少,大部分精力集中在燃烧中和燃烧后NOx 的控制研究上。目前普遍采用的燃烧中NOx 控制技术即低NOx 燃烧技术有:低氧燃烧、降低助燃空气预热温度、烟气循环燃烧等。但是一般只能降低排放量的50%左右,远不能达到环保法对排放的要求。此外,各种炉内低NOx燃烧技术均涉及到炉膛燃烧的安全问题或效率问题,存在着局限性。故一般电厂用的是燃烧后燃烧后NOx 的控制技术,即烟气脱硝技术。其主要包括:选择性催化还原法([来自wWw.LW5U.com]SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)和SNCR/SCR 联合脱硝技术。

(1)选择性催化还原法(SCR)。第一,反应原理。在含有NOx的尾气部喷入氨、尿素或者其他含氮化合物,使其中的NOx 还原为N2 和水。其反应温度在较低的温度范围,315~400℃,需要催化剂的参与。催化剂一般以TiO2 为载体并掺入适当的V2O5 等活性成分。反应方程为:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O,8NH3+6NO2→7N2+12H2O。第二,反应注意事项。一是必须精确控制NH3 喷入量,以便最大限度的去除NOx,而未反应的NH3 本身也是一种大气污染物,其逸入大气也会造成污染;二是当前使用的大多数催化剂都是有毒的,其后续处理仍然是问题。第三,技术特点。一是具有较高的脱硝效率,最高可达到90%;二是目前唯一可将NOx排放浓度控制在50mg/Nm3。(2)选择性非催化还原法(SNCR)。第一,反应原理。将含有NH3 基的还原剂喷入炉膛温度为800~1100℃的区域,该还原剂迅速热分解成NH3,无需经过催化剂的催化,直接与烟气中的NOx 进行反应生成N2。反应方程为:4NH3+6NO→5N2+6H2O,CO(NH2)2+2NO+0.5O2→2N2+2H2O+CO2。第二,反应注意事项。氨还原NOx 仅在800~1100℃这一狭窄范围内,故喷氨点的选取要特备注意。第三,技术特点。一是脱硝过程中无需加入催化剂;二是理论上可以脱除烟气中全部NOx,实际使用中由于很难准确把握好炉膛各处的喷氨量,因此脱硝效率不高。一般30~50%。(3)SNCR/SCR 联合脱硝技术。基于SNCR 和SCR 在各自运行中存在的问题,人们研发了SNCR/SCR 联合脱硝技术。第一,反应原理。将SNCR 工艺的还原剂喷入炉膛,用SCR工艺使逸出的NH3 和未脱除的NOx 进行催化还原反应。第二,反应注意事项。将N2 与NOx 充分混合,SNCR 体系可向SCR 催化剂提供充足的氨,但是要即使控制好氨的分布以适应NOx 分布的改变。第三,技术特点。与单一的SNCR 工艺和SCR 工艺相比,混合技术有一下的优点:一是催化剂用量少。混合法工艺由于采用了SNCR 工艺初步脱硝,降低了对催化剂的依赖,与SCR 工艺相比,混合工艺的催化剂用量可以大大减少。二是脱硝系统阻力小。由于混合法工艺的催化剂用量少,SCR 反应器体积小,其前部烟道较短,因此,与传统SCR 工艺相比,系统压降将大大减少,减少了引风机改造的工作量,降低了运行费用。

三、结语

如今环保问题已成为制约电力工业可持续发展的重要因素。解决好电厂烟气的脱硝技术对于环境保护有着重要的意义。随着近年来国内外烟气脱硝技术的发展和工艺的不断改进,未来的脱硝技术一定会有质的飞跃。

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