火电厂烟气脱硝技术介绍.pdf

2 0 0 8年第 2 6卷第 4 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNE R MONG OL I A E L E CT RI C P OWE R 8 9 火电厂烟 气脱硝技术介绍 I nt r o d u c t i o n t o Po we r Pl a n t Fl u e Ga s De ni t r i fic a t i o n Te c h no l o g y 赵全 中 。 田雁 冰 内蒙古电力科 学研 究院， 内蒙古呼和 浩特0 1 0 0 2 0 [ 摘要】介绍 了火电厂 目前主 流的几种烟气脱硝技术 的操作原理 ， 指 出各类技 术的优缺 最， 并对其工艺参数进行 了比较 。 [ 关键词]火电厂； 烟气脱硝； N O [ 中图分类号]X 7 0 1 ．7 【 文献标识码]B [ 文章编号】1 0 0 8 - 6 2 1 8 2 0 0 8 0 4 - 0 0 8 9 - 0 3 2 0 0 7年底 ，我 国 电力 行 业 发 电 容 量 已 经 达 到 7 1 3 G W， 其中火电发电装机容量达 5 5 1 G W， 以火电 厂为主排放的 S O 及 N 不断增加[ 1 - 2 ] 。N O 是大气 主要 污 染物之 一 ，是造成 酸 雨和光 化学 烟雾 的主要 因素。 但 目前我国电站环保主要集 中于脱硫处理 ， 而 在排放控制方面的规定刚刚开始实施[ 3 1 ， 与世界先进 国家相比有很大差距。 随着环保意识的增强 、 相关 的 法律法规 的健全和执法力度的加大 ，尤其是 2 0 0 4 0 7 0 l 正式实施的 排污费征收使用管理条例 规定 了每排 放 1 k g N O ． 收 费 0 ． 6 3元之 后 ，对 燃 煤 电厂 N 的控制势在必行。 降低 N 的污染主要有 2种措施 改变燃烧方 式 ， 控制燃烧过程 中 N 的生成 ， 即低 N 燃烧技 术 ； 采用烟气净化技术 ， 对生成 的 N 进行处理 ， 即 烟气脱硝技术[4 1 。本文主要对烟气脱硝 的几种方法 进行介绍 1 方法介绍 1 ． 1 选择催化还原法 S C R S C R是 目前最成熟的烟气脱硝技术 ． 它是一种 炉后脱硝方法[ 习 ， 最早 由 日本于 2 0世纪 6 0 ～ 7 0年代 后期完成商业运行 ， 是利用还原剂 N H ， 尿素 在金 属催化剂作用下 ，选择性地与 N 反应生成 N 和 H 0， 而不是被 0 氧化 ， 故称为“ 选择性” 。 1 ． 1 ． 1 催 化 剂 的 选 择 金属催化剂有贵金属和非贵金属 2类。S C R工 艺的催化剂材料一般以 T i O 为载体 ，并掺入 V 0 和 WO 等活性成分 ，其活性温度在 2 8 0 ～ 4 0 0℃不 等 。 催化剂的结构可分为蜂窝式和板式 2种 ， 蜂窝式 催化剂具有模块化 、 比表面积大、 全部由活性材料构 成等特点 ， 而板式催化剂不易积灰 ， 对高尘环境适应 性 强 、 压降 小 、 比表 面积小 。 1 ． 1 ． 2还原 剂 的选择 在无 水 氨 、氨水 和尿 素水溶 液 中进行 还原 剂选 择 ， 首先从安全角度考虑。 交通事故 中管路 、 储存罐 、 槽车罐泄漏 的氨气要 比尿素水溶液 的危险性大得 多。 尽管防范无水液氨的措施越来越周密 ， 但相应的 投资也越大， 因此多使用氨水和尿素作为还原剂 ． 特 别是近 1 0 a ， 采用尿素作为还原剂 的比例迅速上升。 1 ． 1 ． 3 常用 的方 法 1 ． 1 ． 3 ． 1 氨法 S C R 在选择催化还原工艺 中，催化剂直接布置在锅 炉之后 ， 即通常所说的高灰分烟气段布置[ 6 1 。烟气中 氮的氧化物主要成分是 NO和 NO ，其主要反应方 程式为 4 N H 3 4 N O O 2 4 N 2 t 6 H 2 0， 8 N H3 6 N O 2 7 N 2 t 1 2 H 2 0 。 N HJ N O 为 0 ． 9时， N O 的脱除率可达 9 0 ％。 在不添加催化剂的情况下 ， 较理想的 N O 还原 【 收稿 日期】2 0 0 8 0 3 1 5 【 作者简介】赵全中 1 9 8 2 ～ ， 男 ， 湖北省人 ， 毕业于华 中科技大学 ， 硕士学位 ， 现从事电力环保工作 。 维普资讯 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 0 8 年第 2 6 卷第 4 期 温度为 8 0 0 ～ 9 0 0 o C 。 当温度低于 8 0 0℃时 ， 反应很缓 慢 ， 需要添加催化剂 I 。根据所选用的催化剂的种 类 ， 反应 温度可 以选择 在 2 5 0 ～ 4 2 0 ， 甚 至可 以低 到 8 0～1 5 0 【 ⋯。 1 ． 1 _ 3 ． 2 尿 素法 S C R 尿 素法 S C R是 利用设 备将 尿素 转化 为 氨 ， 然 后 输送至 S C R触媒反应器。转换的方法为 将尿素注 入一个分解室中，此分解室设定了尿素分解需要的 混合时间、 驻留时间及温度 ， 由分解室分解出来的氨 基产物即成为 S C R的还原剂 ， 通过触媒实施化学反 应后生 成 N H ， 及 c o J 】 。主要 化学 反应方程 式 为 N H 2 C O N H 2 H 2 O 2 N H 3 T C O 2 T 。 1 ． 1 ． 4缺 点 燃 料 中含有硫 分 ，燃 烧过程 中可生 成一定 量 的 S O 添 加催化 剂后 ， 在 有氧条 件下 ， S O 的生 成量大 幅增 加 ，并与 过量 的 N H 生成 N H HS O 。N H H S O 具有腐蚀性和粘性 ， 可导致尾部烟道设备损坏。 虽然 S O ， 的生成量有限 ，但其造成的影响不可低估 。另 外 ， 催化剂中毒现象也不容忽视。 1 ． 2 选择非 催化还 原法 S N C R 选择非催化还原法是不使 用催化剂l l 3 ] 、 温度在 8 5 0 ～ 1 1 0 0 还原 N 0 的方法 。 1 ． 2 ． 1 还原 剂的选择 尿素较 氨 有更 好 的锅 炉 内分 布性 能 及安 全性 ， 因此 ， 在 大型锅 炉 上 ， S N C R一 般采 用尿 素作 为还原 剂 。 1 ． 2 ． 2喷射 器的安 装 对于大容量锅炉 ．要将多个喷射器安装在锅炉 的不 同部位 ， 且能通过 I Z M模块进行独立操作或联 合操作。对反应剂喷人量和喷人部位进行控制 ， 使 S N C R系统对锅炉负荷变动和氨 的逃逸量控制具有 可操作性 。喷射区数量和部位由锅炉的温度场和流 场确定 ，应用流场和化学反应的数值模拟优化喷射 部位 典 型 的设 计是 设 置 1 ～ 5个喷射 区 ， 每 个 区设 置 4 ～ 1 2个喷射器 ，喷射器一般布置在锅炉 的过热 器和再热器之间， 对于改造的老锅炉 ， 也可设在水冷 壁区。当温度过高时氮被氧化 ， 生成更多的氧化氮 ； 当温度过低时， 尿素转化率降低 ， 并形成氨[ 1 4 - 1 5 】 。 1 ． 2 ． 3 常用 的方法 S N C R工 艺的技术 主要有 以下 3种 1 美 国 E x x o n 公 司的 T h e r ma l D e N O X工艺 过程中喷人 N H ， 反应温度为 8 7 0 ～ 1 2 0 0 ， 燃油和 燃 煤 电站 锅炉 的脱 氮率可达 4 0 ％～ 6 0 ％。 2 美 国 燃 烧 技 术 公 司 N F T 的 N O X O u t 技 术 过程 中喷人尿素 ， 反应温度为 9 0 0 ～ 1 0 0 0℃， 尿 素溶液可直接喷人锅炉炉膛 ，若同时喷石灰水还可 进行脱硫。该技术 目前在美国和欧洲已得到商业应 用 ， 脱氮率达 3 5 ％～ 7 0 ％。 3 E m c o t e r 公 司的二 级 D e N O X技术 过程 中 喷人 尿素 和 甲醇 ，该系统 的第 1 台反 应装 置 安装于 K V A B a s e l城市垃圾焚烧炉上 ， 获得 6 5 ％～ 8 0 ％的脱 氮率。 1 ． 2 ． 4工艺特 点 1 投资少 ， 是 S C R投资的 2 0 ％～ 3 0 ％ 脱 N O 率 中等 ， 为2 5 ％～ 4 0 ％ ； 不使 用催化剂 ， 因而不会提 高烟气中S 0 的氧化率， S 0 浓度不会增加，生成的 N H ， H S O 造成 空气预 热器 的堵 塞 和腐蚀程度 比 S C R 低 。 2 布 置 相 对简 易 ， 且 工 程 造价 低 、 占地 面 积 小 、 维 护 简便 ， 目前更 适合 老 厂改 造 ． 新炉 可 依锅 炉 设计配合使用。 1 ． 3 S N C R ／ S C R组 合法 S N C R ／ S C R组合法于 2 0世纪 9 0年代后期研发 成功 ， 并成熟应用于多数大型燃煤机组。 该技术结合 了 S C R和 S N C R系统的优点 ，适合新建大型机组 ． 同时也适用 场地狭 窄 的老厂 改造 。应用 于 S N C R法 的化学还原剂被设计成炉 内脱硝后 ，余氨再进入 S C R 的催 化反 应装置 实施脱 硝 ，脱 硝效率 最高可 达 9 0 ％。使用的还原剂为尿素， 可省去喷氨系统_ 1 6 3 。 S N C R ／ S C R组合技术可节省大量电厂脱硝运转 费用 ， 是 目前电厂最经济的脱硝方式。 1 ． 4 活性炭法 A C 利用活性炭特有的大比表面积、多空隙进行脱 硫或是脱硝 ， 烟气 温度为 9 0 ～ 1 5 0℃ 经除尘器后便 进入吸附塔进行喷水冷却。 向吸附塔中喷氨气 ， 氨气 与 N 0在 活性 炭的催化 还原作 用下 生成 N ，实现脱 硝 的 目的I 1 ] 。 s 】 。 优 点是吸 附容量 大 、吸 附过程 和催化 过程 的动 力学过程快、 活性炭可再生 、 机械稳定性高， 缺点是易 形成热点甚至引起着火 、 设备的体积大 、 脱硝成本高。 1 ． 5 S NO X／ DES ONO X法 丹麦的 S N O X法和德 国的 D E S O N O X法是使用 催化剂联合进行脱硫脱硝的 2种方法 ，从除尘器出 来的烟气进入催化剂反应器进行 N O 还原 ， 这一点 与用于 S C R设备的方法相似 将烟气加热到 4 0 0 ～ 4 2 0 ； 送 人催 化反 应器 ， 使 S O 氧化 成 S O ； 在换 热 器 中 S 0 与水 汽结合 成为硫 酸 。 两种方法的基本原理相同，区别在于氧化和催 维普资讯 2 0 0 8 年第 2 6 卷第 4 期 内 蒙 古 电 力 技 术 化还原剂是布置在单独的反应器 S N O X 里还是联 合反应器 D E S O N O X 。 因为脱硫和脱硝的运行温 度不同， 单独的反应器可以单独调节至最佳温度 ； 在 联合反应器中布置的是 由技术制造商 自己开发的一 种特殊的高温催化还原剂。 2 几种方法 的对 比 以上 几种 烟气脱 硝工 艺参 数 比较 如 表 l 所 示 。 表 1 几种烟气脱硝工艺特性 参数对照 工 艺 类 型药 剂 温 度 ，℃_在 曩 娄 蓄 备注 S C R N H， ， 尿素 3 0 0 ～ 4 0 0 受空 间限制 高 S N C R N H 3 , 尿素 5 l 0 0 - 0 品 较 低 A c N 0 ～ -s 0磊 墨 篓 票 高 N H ，3 8 0 0 容易 局 较 高 的投 资和 空 间要求 ， 使用的催 化剂易发生中毒 效率取决于温度 、 分布和构造 炭用 于 吸附 和 作 为 S 0 的还原剂 在D E S 0 N 0 X 工 艺 中还 可 以脱 除 HC I 和 H F． 而 在 SNOX 中不 能 3 发展规划 近几年 ，新建大型燃煤机组都按要求同步采用 低 N O 燃烧方式 ， 一批现有 电厂结合技术改造也安 装了低 N O 燃烧器 。综合考虑我国的技术经济发展 水平和电力企业 的承受能力 ，今后将继续应 用低 N O 燃烧技术 ， 继续研究脱硝效率更高 、 经济性更好 的低 N O 燃 烧 技术 ， 为大 型 火力 发 电机组 提 供 新一 代燃烧技术 ， 也为 S C R和 S N C R技术 的应用提供配 套技术[ 2 0 - 2 4 ] 。 应 考虑 在燃 烧无 烟煤 的发 电厂建立 S C R和 S N C R技术的工程示范。通过示范工程 ， 引进 、 消化 国外技术 ， 培育出掌握先进烟气脱硝技术 、 具有市场 竞争能力的工程公司， 为烟气脱硝的参数选取、 机组 匹配和技术方法选择等提供科学依据，从而建立我 国的烟气脱硝工程标准体系I2 5 ] 。 [ 参 考 文 献] 【 1 ]王旭伟 ， 鄢 晓忠 ， 陈彦 菲． 国 内外 电厂燃煤 锅炉 烟气 同时 脱硫脱硝技术的研究进展叨 ． 电站系统工程， 2 0 0 7 ， 2 3 4 5- 7． 『 2 ]陈彦 广 ， 王志 ， 郭 占成 ． 燃 煤过 程 N 0 抑 制与脱 除技 术 的 现状与进展【 J J ． 过程工程学报 ， 2 0 0 7 ， 7 3 6 3 2 6 3 8 ． [ 3 ]严艳 丽 ， 魏玺 群． N O 的脱除 和 回收技术 [ J ] ． 低 温 与特气 ， 2 0 0 0， 4 2 4 3 0 ． 『4 】高润 良， 王睿． 氮氧化物污染 防治技术进展【 J ] ． 环境保护科 学 ， 2 0 0 2 ， 8 l _ 3 ． 【 5 】许佩瑶 ， 康玺． 燃煤锅炉烟气 中N 0 脱 除机理 研究进 展【 J J ． 环 境科 学与技术 ， 2 0 0 7 ， 3 0 7 1 0 9 一 l 1 4 ． 『 6 1周 良峰 ， 田建 ， 尹华 强． 氨法 S C R烟 气脱硝技术研 究进展 [ J ] ． 四川化工 ， 2 0 0 7， 1 0 3 3 8 4 2 ． [ 7 】王 彤 ， 付丽华 ． 浅述火 力发 电的 S C R法脱 硝装 置[ J J ． 余 热 锅炉 ， 2 0 0 7 ， 2 1 4 2 0 ． [ 8 】沈 伯雄 ， 施建 伟 ， 杨婷婷 ． 选 择性催 化还原 脱氮催 化剂 的 再生及其应用评述[ J ] ． 化工进展 ， 2 0 0 8 ， 1 6 4 6 7 ． 『 9 ]曾令大 ． 王晓林 ， 周怀春． S C R脱硝装置 在超临 界锅炉 中的 应用[ J ] ． 锅炉技术 ， 2 0 0 7 ， 3 8 4 7 2 7 5 ． [ 1 0 ]孙 克勤 ， 钟秦 ， 于爱华． S C R催化 剂的碱金属 中毒研究【 J J ． 中国环保 产业 ， 2 0 0 7 ， 7 3 0 3 2 ． [ 1 1 】李敏 ， 仲兆平． 氨选择性催化 还原 S C R 脱 除氮氧化物的 研究『 J 1 ． 能源研究与利用 ， 2 0 0 4 ， 2 2 4 2 7 ， [ 1 2 ]赵桂锋 ， 杨 文波． S C R脱 硝技术 概述【 J J ． 锅炉 制造 ， 2 0 0 7 ， 2 4 l 一 4 2 ． [ 1 3 ]钟 秦． 燃煤 烟气 脱硫脱 硝技术及工程实 例l M J ． 北京 化学 工业 出版 社 ． 2 0 0 2 ． [ 1 4 ]侯建鹏 ， 朱云涛 ， 唐燕萍 ． 烟气脱硝技 术的研究f J ] ． 电力 环 境保护 ， 2 0 0 7 ， 2 3 2 4 2 7 ． [ 1 5 】王方群 ， 杜云贵 ， 刘艺． 国 内燃煤 电厂烟气脱 硝发展现状 及建议[ J ] ． 电力环境保护 ， 2 0 0 7 ， 2 3 3 2 0 2 3 ． 【 l 6 ]李靖 华． 德 国火 电厂烟 气净 化 的法规 及技 术『 J ] ． 中国电 力 ， 1 9 9 7， 2 5 6 5 7 ． 【 l 7 ]蒋渊华． 烟 气净化脱硫脱 硝活性炭 的研究[ J ] ． 河南科 技 ， 2 0 0 7 ， 8 5 4 5 5 ． [ 1 8 】董 建勋 ， 李 辰飞 ， 袁德． 燃煤 电厂多种污染物控制技 术现 状及 发展[ J ] ． 热力发电 ， 2 0 0 7 ， 3 6 4 1 4 1 7 ． [ 1 9 ]高风 ， 杨嘉 谟． 燃煤烟 气脱硝技术 的应用 与进展【 J J ． 环境 保 护科学 ， 2 0 0 7 ， 3 3 3 l 1 一 l 3 ． [20 1石祥彬 ， 王玉 召 ， 王启 民． 循环流 化床锅炉喷氨高效脱 硝 研究【 J ] ． 东北电力技 术， 2 0 0 7 ， 2 8 5 l 一 6 ． 【 2 1 ]赵卫 星 ， 肖艳 云 ， 林亲铁． 烟 气脱硝技术研究进 展【 J ] ． 广东 化工 ， 2 0 0 7 ， 3 4 5 5 9 6 l ， [ 2 2 ]胡滨 海． 浅谈 流化 床锅 炉脱硫 脱 硝技 术[ J ] ． 电站系 统工 程 ． 2 0 0 7， 2 3 3 4 4 4 6 ． [ 2 3 ]岳建 华 ， 王凯 ， 萨仁 高娃． 降低燃 气电厂 N O 排放量 的方 法 比较[ J ] ． 内蒙古 电力技术 ， 2 0 0 5 ， 2 3 1 5 - 8 ． [ 2 4 ]陈瑞军． 低 N O 燃烧技术在岱海 电厂的应用【 J ] ． 内蒙古电 力技术 ， 2 0 0 7 ， 2 5 2 1 4 1 6 ． [25 ]李爱 民， 雷军 ， 龚铁 强． e e 6 , 燃煤烟气脱 硝实验研究【 J 1 ． 煤 化工 ， 2 0 0 7 ， 3 5 2 4 3 4 5 ． 编辑 张俊 英 维普资讯