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北冶环保 || 烟气脱硝技术介绍

2020/08/04

   烟气脱硝指燃烧烟气中去除氮氧化物的过程,对环境污染的防治具有非常重要的作用,作为世界范围的问题被重视。氮氧化物是主要的大气污染物之一,直接或间接与大气环境问题相关,如光化学烟雾、酸沉降、平流层臭氧损耗和全球气候变化。此外,氮沉降量的增加会导致地表水的富营养化和陆地、湿地、地下水系的酸化和毒化,从而对陆地和水生态系统造成破坏,最终对人体健康和生态环境安全产生不利影响。


1. NOx的类型

      NOx污染主要由锅炉燃煤产生,有以下几种类型:

1)热力型NOx:在高温情况下把空气中的氮气与氧气发生反应,经过氧化最后形成NOx;

2)燃料型NOx:高温下把燃料中的含氮物质氧化形成NOx;

3)快速型NOx:在高温下空气中的氮气与燃料中的碳氢化合物反应形成。

2. NOx的脱除技术

      根据燃烧过程及反应机理,NOx的控制可以分为在燃烧过程中控制和燃烧后控制两种,以燃烧中段为界,在其之前的所有控制措施都被分为一次措施的范畴;在此之后的控制措施被分为二次措施的范畴,二次措施也被叫做烟气脱硝技术。

一次措施中,常用的是对于燃烧中段NOx的控制。这种控制技术由低NO燃烧器、空气分级燃烧、烟气再循环和燃料分级燃烧组成,通常为叫做低NOx燃烧技术。

      烟气脱硝技术主要有干法(选择性催化还原烟气脱硝、选择性非催化还原法脱硝)和湿法两种。这里主要介绍烟气脱硝技术。

选择性催化还原(SCR)是在催化剂存在的条件下,采用氨、CO或碳氢化合物等作为还原剂,在氧气存在的条件下将烟气中的NO还原为N2。可以作为SCR反应还原剂的有NH3、CO、H2,还有甲烷、乙烯、丙烷、丙稀等。以氨作为还原气的时候能够得到的NO的脱除效率最高。SCR反应是氧化还原反应,因此遵循氧化还原机理或Mars-van Krevelen-type机理。 目前,国外学者已经在SCR反应的反应物是NO达成了一致,而不是NO2,并且O2参与了反应。

      选择性非催化还原法脱硝法(SNCR)是一种成熟的低成本脱硝技术。该技术以炉膛或者水泥行业的预分解炉为反应器,将含有氨基的还原剂喷入炉膛,还原剂与烟气中的NOx反应,生成氨和水。

      在选择性非催化还原法脱硝工艺中,尿素或氨基化合物在较高的反应温度(930~1090℃)注入烟气,将NOx还原为N2。还原剂通常注进炉膛或者紧靠炉膛出口的烟道。

      SNCR工艺的NOx的脱除效率主要取决于反应温度、NH3与NOx的化学计量比、混合程度和反应时间等。研究表明,SNCR工艺的温度控制至关重要。若温度过低,NH3的反应不完全。容易造成NH3泄漏;而温度过高,NH3则容易被氧化为NOx抵消了NH3的脱除效果。温度过高或过低都会导致还原剂损失和NOx脱除率下降。通常,设计合理的SNCR工艺能达到高达30%~50%的脱除效率。

      湿法烟气脱硝是利用液体吸收剂将NOX溶解的原理来净化燃煤烟气,工艺过程包括氧化和吸收,必须设置烟气氧化、洗涤和吸收装置,工艺系统较为复杂,其最大的障碍是NO很难溶于水,往往要求将NO首先氧化为NO2。为此一般先将NO通过与氧化剂O3、ClO2或KMnO4反应,氧化生成NO2,然后NO2被水或碱性溶液吸收,实现烟气脱硝。常用的吸收溶液包括稀硝酸吸收法和碱性溶液吸收法。

3. 技术发展总结及发展趋势

1)传统的干湿法脱硝技术及其各种改进方法仍是主要脱硝手段,其具有原料来源丰富、价格低廉及技术都比较成熟的优点,缺点是初投资成本高,运行费用高,占地面积大。

2)针对污染物排放限制不断加严的现状,通过对技术改进等在提高对污染物的去除能力同时,需要解决脱除系统冗长和技术适应能力有限的问题。

3)针对污染治理和资源、能源消耗的矛盾,通过副产物资源化或协同治理等方式实现对能源、资源的再利用。

4)针对污染物控制种类不断增多的趋势,通过多污染物协同控制技术研发等实现对多种污染物的高效、协同控制。

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