导语:防止环境污染的重要性,已作为世界范围的问题而被尖锐地提了出来。随着现代工业生产的发展和生活水平的提高,大气污染成了人们十分关注的问题。二氧化硫是大气的重要污染源之一,其污染危害甚大,故七十年代中,研究烟气脱硫技术被许多国家列为防治大气污染的重点,相继建成了一些工业规模的实用

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大气污染备受关注 烟气脱硫脱硝技术发展与突破

2016-03-08 11:40 来源: 北极星环保网 作者: 深圳市优益能科技有限公司

导语:防止环境污染的重要性,已作为世界范围的问题而被尖锐地提了出来。随着现代工业生产的发展和生活水平的提高,大气污染成了人们十分关注的问题。

二氧化硫是大气的重要污染源之一,其污染危害甚大,故七十年代中,研究烟气脱硫技术被许多国家列为防治大气污染的重点,相继建成了一些工业规模的实用的处理装置,与此同时,对大气污染中的另一个大问题,即氮氧化物NOX的污染问题,人们也开始了防治技术的研究和开发。NOX在阳光的作用下会引起光化学反应,形成光化学烟雾,从而造成严重的大气污染。七十年代以来NOX的大气污染问题已被日益重视,人们发现:人体健康的伤害、高含量硝酸雨、光化学烟雾、臭氧减少以及其他一些问题均与低浓度NOX有关系,而且其危害性比人们原先设想的要大得多。

氮氧化物(NOX)种类很多,包括一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮 (NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等多种化合物, 但主要是NO和NO2,它们是常见的大气污染物。

在我国现有的国家大气污染物排放标准体系中,按照综合性排放标准与行业性排放标准不交叉执行的原则,锅炉执行GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》,生活垃圾焚烧污染控制标准GB 18485-2014,陶瓷窑炉工业污染物排放标准GB 25464—2010,平板玻璃工业大气污染物排放标准GB26453-2011,等等标准中,都对氮氧化物的排放有明确的要求。

当前烟气脱硫脱硝的现状

烟气氮氧化物排放主要三大行业:火电厂、水泥行业、钢铁行业。

2006年之前,氮氧化物排放未被列入我国主要污染物统计指标,且在《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)实施之前,排放标准一直较为宽松,最严格标准仅为450mg/Nm3。但2011年7月29日颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)已收紧氮氧化物排放标准,该标准要求从2012年1月1日开始,所有新建火电机组氮氧化物污染物排放标准为100mg/Nm3;从2014年7月1日开始,现有火电机组氮氧化物污染物排放标准为100mg/Nm3(特殊规定的执行200mg/Nm3的标准)。

脱硝行业的整体发展一直滞后于脱硫行业,早期的脱硝工程主要是市场先入企业承建的示范工程,目前全国氮氧化物排放量自2006 年以来呈整体上升态势,随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)以及脱硝电价政策的深入实施,“十二五”期间脱硝工程投资较大,已成为大气污染治理增长最快的业务领域。

水泥行业是我国第二大工业氮氧化物排放行业,目前,只有少部分企业使用了低氮燃烧技术,绝大部分企业在生产中尚未安装高效的脱硝装备。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915-2013)已于2014年3月起实施,大幅降低了氮氧化物排放限值。“十二五”期间,水泥行业的脱硝业务也将进入快速发展期。

此外,钢铁行业是我国第三大工业氮氧化物排放行业,随着《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准 》(GB 28662-2012)、《炼铁工业大气污染物排放标准》(GB 28663-2012)、《炼钢工业大气污染物排放标准》(GB 28664-2012)的实施,该领域将成为重要的脱硝市场。《节能减排“十二五”规划》要求“十二五”期间对 有色金属窑炉、建材新型干法水泥窑、石化催化裂化装置、焦化炼焦炉、工业锅炉等配套安装脱硫脱硝设施,上述领域亦将成为脱硝业务的重点。

脱硝及脱硫技术介绍

1 氮氧化物形成机理

a. 热力性:燃料燃烧时,空气中的氮在高温下发生氧化反应。随着反应温度的升高,其反应速率按指数规律增加。当<1000℃时,NO的生成量很少,而当>1400℃时,每增加100℃,反应速率增大6-7倍。

b. 燃料型:由燃料中含氮有机物在燃烧中氧化而成。在600-800℃时就会生成燃料型NOx ,在生成燃料型NOx过程中,首先是含有氮有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物基团,然后再氧化成NOx ,它在煤粉燃烧NOx产物中占60-80%。

c. 快速型:快速性NOx是1971年通过实验发现的。在碳氢化合物燃料浓度大的反应区附近会快速生成NOx。由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N,再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx ,其形成时间只需要60ms,所生成的量与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。这种反应主要发生在内燃机的燃烧过程中;对燃煤锅炉,其生成量很小。

燃烧过程中三种生成机理对NOx量的贡献示意图

2.脱硝技术简介

a .改变燃烧条件:包括低过量空气燃烧法,空气分级燃烧法,燃料分级燃烧法,烟气再循环法。

b .炉膛喷射脱硝:包括喷氨及尿素,喷入水蒸汽,喷入二次燃料。

C.烟气脱硝:烟气脱硝技术按照其作用原理不同,主要分为催化还原、吸收和吸附三类

按照工作介质不同可分为干法和湿法两类。

(1)干法脱硝。

(烟气催化脱硝,电子束照射烟气脱硝)

(2).湿法脱硝。

主要脱硝技术汇总表

3.常用技术介绍

a. SCR技术 (选择性催化还原法Selective Catalytic Reduction,SCR)

在催化剂(如V2O5/TiO2和V2O5-WO3/TiO2)作用下,还原剂NH3在290-400℃下将NO和NO2还原成N2,而几乎不发生NH3的氧化反应,从而提高了N2的选择性,减少了NH3的消耗。

还原剂主要有:液氨,尿素和氨水。

SCR 特点结构较复杂,运行方便;运动设备少,可靠性高;无副产品,消耗催化剂;脱硝效率高,80-90%;投资高。

b. SNCR技术(选择性非催化还原Selective Non-Catalytic Reduction SNCR)

是一种不用催化剂,在850~1100℃的温度范围内,将含氨基的还原剂(如氨水,尿素溶液等)喷入炉内,将烟气中的NOx还原脱除,生成氮气和水的清洁脱硝技术。在合适的温度区域,且氨水作为还原剂时,其反应方程式为: 4NH3 + 4NO + O2→4N2 + 6H2O (1)然而,当温度过高时,也会发生如下副反应: 4NH3 + 5O2→4NO + 6H2O(2) SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率低,受锅炉结构尺寸影响很大。

SNCR脱硝技术特点:

l NOx脱硝率低,仅可达到25-60%;

l 因不增加SO3可较SCR放宽NH3逃逸条件;

l 对于多层喷入,控制系统适当的跟随负荷及温度能力;

l 工程造价较低,占地面积小,适用于老厂改造;

c. SCR与SNCR技术对比

4. 脱硫常用技术对比介绍

低温烟气脱硝技术介绍

1. 低温脱硫脱硝工艺

低温脱硫脱硝技术特点

l 运行稳定可靠,无需每次维修要做防腐,维护费用低;

l 脱硫效率高达95%以上,能将高含硫量的烟气排放绝对值控制在100mg/Nm³以下,脱硝的去除率可自行设定,能做到精确50mg/Nm³;

l 脱硫、脱硝共用一个吸收塔,节省设备投资和占地面积;

l 脱硫、脱硝过程都在除尘器后进行,不影响锅炉运行,避免了除尘器堵塞,不会影响除尘器的使用寿命,确保整套锅炉系统的稳定运行;

l 脱硫、脱硝液经强氧化后固液分离,固体物与煤灰同样利用,液体可蒸发结晶作农肥原料,蒸发水可循环利用,接近零排放、资源化;

2. 技术优势

l 填补了国内臭氧脱硝技术的空白,达到国际先进技术水平。

l 设备采用组合氧化脱硝、氧化镁吸收的一塔式结构,改变了国内外脱硫脱硝设备分体结构的繁杂设置、甚至无废水处理系统的状况。

l 采用臭氧气相氧化、激活双氧水液相氧化的方式,大幅降低运行成本, 要求高的地区,可将NOX排放值控制在50mg/m3 以下。

l 针对工业锅炉运行工况不稳定,燃料品种多而杂,烟气中氮氧化物含量不稳定的难题,设置联动控制模块,动态控制臭氧注入量,确保排放烟气中硫、硝含量达标,节能安全。

l 吸收液资源化,脱硫脱硝液、渣经强氧化,固液分离,溶液可蒸发结晶为复盐,无二次污染。

l 设备的设计有前瞻性,预留了增加臭氧反应器的位置,如需提高排放标准,只要在原设备旁增加臭氧发生器即可满足脱除率,无需对原结构进行破坏性改造,大幅度节省了用户的设备投资。

3. 常用技术对比

l 脱硝效率75%以上 (SNCR 不适合)

l 锅炉小而多(仅引臭氧管道即可)

l 适合烟气量浮动较大

干法脱硫技术

干法脱硫技术是我司引进世界500强研发的专利高效脱硫技术,其原理是基于改良的DeS脱硫剂(基体)的脱硫复合药剂、在140-300℃的温度窗口可将烟气中的硫化物高效脱除,从而达到超洁净排放的要求,此技术路线不但能脱除烟气中的硫化物,也能脱除HCL,HF等有害物质(垃圾焚烧炉)。

1.系统特点

a) 有效性:无水DeS脱硫剂处理过程具有非常显著的减排效益。该过程满足最严格的气体排放限量,并能将DeS脱硫剂的过喷量降低至10%。同时,该过程消除了HCL、SOX、HF,结合利用活性炭,可以吸收重金属、二恶英和呋喃。

b) 经济性和简易性:DeS脱硫剂是一种非常有效的药剂,处理过程不需要过多的投资和维护费用。现阶段,过程中残余含钠化物的含量正在逐步减少,液相处理也不需要。

c) 绝对安全使用性:DeS脱硫剂是一种中性粉末,具有无腐蚀性、无刺激性、无毒性等特点,可以安全使用。

2.干法超洁净脱硫(DeS)优势

a) 效率高:脱硫效率达到99.9%以上,可满足超洁净排放(小于30mg/Nm³);

b) 投入低及运营成本适中:硬件投资较低(湿法脱硫投资35%左右),综合运营成本比湿法脱硫(NaOH)低

c) 工艺简单、占地少:工艺非常简单,占地较小;

d) 工期短:由于不需要建立脱硫塔、循环池等较大的系统,可控制在40天工期;

e) 维护方便:干法脱硫不存在湿法脱硫的堵塞、腐蚀以及液相处理等问题;

f) 无二次污染:产物以二氧化碳和水蒸汽为主排出,固体产物Na2SO4可随煤渣一起无害化处理。

g) 无腐蚀、无白烟:由于没有湿法脱硫带来的烟气温度过低问题,较高的烟气温度可以保障烟囱等不被腐蚀,烟囱出口无较长烟带(可能被居民投诉)问题;

h) 安全保障:改良的脱硫剂为中性粉末,无毒、无刺激、无腐蚀,可以安全使用。

i) 无阻力:由于DeS技术系采用在烟道上喷粉的方式,相对于脱硫塔形式的湿法脱硫,阻力可以忽略不计,对于业主风机无余量、电耗成本较高的用户尤其适用。

3. 适用行业

垃圾焚烧厂、工业锅炉、生物质能源厂、玻璃窑炉、炼油厂等。具体适合工况如下:

a) 流化床锅炉已做过炉内脱硫,现需求超洁净排放,脱硫升级的项目;

b) 新建或者环保升级的 焚烧炉 项目;

c) 矿热炉或烧结炉,Sox初始含量不高,且有除尘需求的项目。

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