活性氨烟气脱硝技术

活性氨烟气脱硝技术山东大学20122火电厂锅炉烟气特点SO2＝500－4000ppm，NOx＝100－1000ppm,SO3＝10－50ppm，HCl＝1－20ppm，HF＝1－20ppm，Hg等。烟气量200MW＝80万Nm3/h300MW＝120万Nm3/h。SO2NOx一、概述目前烟气脱硝的主要方法：•选择性催化还原法（SCR）；•选择性非催化还原法（SNCR）；SCR脱硝技术的核心是利用NH3在催化条件下与NOx发生氧化还原反应；SNCR脱硝技术是NH3在高温（800-1000℃）下与NOx发生氧化还原反应。NH3的制备包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料。1、SCR脱硝技术SCR脱硝技术的核心是利用NH3在催化条件下与NOx发生氧化还原反应；•SCR技术具有反应温度低、脱硝效率高的优点，成为控制NOx的主要方法。•在SCR技术中催化剂是核心，催化剂的性能直接影响NOx的脱除效果。•但是，催化剂容易中毒，增加了系统的不稳定性；•催化剂的建设成本占整个SCR脱硝系统的20%～40%，其运行也占到总运行成本的40-50%。SNCR脱硝技术是NH3在高温（800-1000℃）下与NOx直接发生氧化还原反应。SNCR脱硝是在炉膛或烟道中合适温度(850~1000℃)位置喷入氨基还原剂，无需催化剂，利用还原剂释放出的NH3选择性地将烟气中的NOx还原为无害的N2和水。2、SNCR脱硝技术SNCR技术脱硝率中等，不需要催化剂，运行费用较低，建设周期短，适合中小型锅炉的改造。在SNCR工艺中存在如下问题：含量10-20%氨或尿素水溶液喷入反应区内会造成高温反应区内骤然大幅降温，而且反应区内各区域的温度不均匀，从而导致脱硝效率低下，目前一般的脱硝效率仅为30-50%，并且影响炉内燃烧效率。二、活性氨基还原剂烟气脱硝技术针对SCR和SNCR技术的缺点，我们研究开发了活性氨基还原剂烟气脱硝技术。1.活性氨基还原剂烟气脱硝原理一类氨基还原剂(NR3)（氨基取代产物）能够在反应温度450~800℃，无催化剂条件与NOx发生氧化还原反应，从而达到脱硝的目的。我们称之为活性氨烟气脱硝(HSR)技术。它能够克服SCR和SNCR技术的缺点，既不需要催化剂，也不需要太高的反应温度，能够与NOx发生氧化还原反应而达到脱硝的目的。其主要特点是：NR3比NH3具有高的反应活性。它的技术特点与SCR、SNCR对比如下：内容SCRSNCRHSR还原剂NH3或尿素尿素或NH3NR3反应温度320~400℃850~1250℃450~800℃，催化剂成份主要为TiO2,V2O5,WO3不使用催化剂不使用催化剂脱硝效率70%~90%大型机组25%~40%，小型机组配合LNB、OFA技术可达80%70%~90%剂喷射位置多选择于省煤器与SCR反应器间烟道内通常炉膛内喷射适合温度窗口SO2氧化导致SO2氧化不导致SO2氧化不导致SO2氧化NH3逃逸3ppm5~10ppm3ppm对空气预热器影响催化剂中的V、Mn、Fe等多种金属会对SO2的氧化起催化作用，SO2氧化率较高，而NH3与SO3易形成H4HSO4造成堵塞或腐蚀不会因催化剂导致SO2的氧化不会因催化剂导致SO2的氧化，造成堵塞或腐蚀的机会为三者最低系统压力损失催化剂会造成较大的压力损失没有压力损失没有压力损失燃料的影响高灰分会磨耗催化剂，碱金属氧化物会使催化剂钝化无影响无影响锅炉的影响受省煤器及出口烟气温度的影响受炉膛内烟气流速、温度分布及NOx分布的影响受烟气流速、温度分布的影响小占地空间大（需增加大型催化剂反应器和供氨或尿素系统）小(锅炉无需增加催化剂反应器)较小安全性液氨法有安全隐患无无环保性中和氨气会产生废氨水无无现有基础上的改造附加转向叶片、混合器和导流板，氨喷射格栅，液氨处理系统吹灰器喷射器安装口MNL支撑和滑道，温度监视活性氨发生系统，喷射系统风机要求平衡通风或强制通风锅炉需更大的FD/ID风机无无技术难点广泛应用比较成熟喷入温度限定900℃左右，大型电厂锅炉应用较少暂无工业应用从上表可以看出，活性氨烟气脱硝HSR技术具有SCR和SNCR两者的优点，既具有SCR技术高的脱硝率又具有SNCR技术建设投资费用低、运行费用低的优势，从而克服了两者的缺点，具有广阔的发展前景。2、活性氨烟气脱硝工艺流程首先建立一套活性氨基还原剂NR3发生装置，然后通过计量系统，利用喷氨格栅喷入脱硝反应区内，使其与烟气充分混合并接触反应。其中，脱硝反应温度为450~800℃。活性氨基还原剂NR3与烟气中NOx反应迅速。整个系统包括发生系统、计量系统、喷氨格栅等。高反应活性氨基还原剂烟气脱硝:活性氨基还原剂NR3450-800℃，无催化剂NR3与NOX充分反应脱硝反应区去除NOX喷入N2和H2ONOX：烟气中NO和NO2的混合物，少量的N2O33、活性氨脱硝技术特点(1)系统简单：不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有燃煤锅炉的基础上增加活性氨发生装置；(2)系统投资小：相对于SCR投资大约在40~60美元/kW的昂贵造价及高运行成本，活性氨烟气脱硝工艺由于其系统简单（投资大约在15美元/kW，以及运行中不需要昂贵的催化剂，更适合我国国情；(3)阻力小：对锅炉的正常运行影响很小；(4)系统占地面积小：活性氨发生装置占地面积小。4、活性氨烟气脱硝技术的适应性分析（1）在活性氨烟气脱硝HSR技术系统设计上，采用自动调节方式，通过炉内的蒸汽量、风量及煤粉的含氮量，用表比的方法，自动调整NR3的喷入量，达到所需的处理效果。（2）由于活性氨烟气脱硝系统采用气气混合并利用喷氨格栅，只要烟气温度450℃，即可达到预期的处理效果。在锅炉不同负荷条件下，气气混合的适应性、稳定性、脱硝效率和有效温度区间内比液气混合更好，对炉内工况影响小。（3）活性氨烟气脱硝只在烟道内进行，不会对锅炉本体造成损坏。三、结论活性氨烟气脱硝(HSR)技术具有重大的理论突破和应用技术突破，它具有以下优势：（1）现有脱硝技术是利用NH3(包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨)在高温下（SNCR技术）或催化条件下（SCR技术）与NOx发生反应而达到脱硝的目的，活性氨脱硝技术是利用活性氨基还原剂(NR3)在中等反应温度、无需催化剂条件下与NOx发生反应而达到脱硝目的，具有重大的理论突破。（2）活性氨烟气脱硝HSR技术具有设备投资少、脱硝效率高、运行成本低和适用范围广的特点，是一项具有广泛应用前景的脱硝技术，对于解决我国目前的脱硝难题具有重要的现实意义。（3）活性氨烟气脱硝HSR技术克服了现有SCR技术的催化剂投资大、烟气成分影响大、运行成本高等诸多缺点；克服了SNCR技术的反应温度高、还原剂与烟气混合程度差、脱硝效率低、氨气逸出量大等一系列缺点。（4）活性氨烟气脱硝HSR工艺不用催化剂，解决了目前我国脱硝催化剂质量不高、生产成本高、烟气成分影响大、运行费用高等一系列重要问题；活性氨烟气脱硝反应温度不高，反应选择性好，避免了SNCR脱硝工艺所存在的多种问题。（5）活性氨烟气脱硝技术只需建立活性氨NR3发生装置及其计量喷射系统，对锅炉的影响很小。（6）HSR烟气脱硝技术所具有的多种优势，使它适用于多种工业锅炉和工业窑炉的烟气脱硝，直至汽车尾气的处理。山东大学朱维群电话[phone]email:[e-mail]