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SNCR-SCR混合工艺脱硝简介

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2018/02/01 16:51

1、概述
   2012年1月1日,《火电厂大气污染物排放标准》正式实施,要求现有燃煤火电发电厂必须在2014年7月前氮氧化物排放浓度小于100mg/Nm3(2003年前投运机组小于200mg/Nm3),但重点地区所有机组氮氧化物排放浓度小于100mg/Nm3。随着标准的颁布,火力发电厂均开始了脱硝改造的前期工作。现脱硝应用比较成熟的有SNCR、SCR工艺和SNCR-SCR混合脱硝工艺。
2、SNCR-SCR混合脱硝工艺路线的特点
   相对SNCR、SCR方案,SNCR-SCR混合方案虽然应用很少,但却是一种很有特点的脱硝改造方案。SNCR-SCR混合脱硝工艺不是SNCR和SNR工艺简单的组合,而是结合了SCR高效、SNCR投资省的特点而发展的新型工艺。混合SNCR-SCR工艺具有2个反应区,通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统,首先将还原剂喷入第1个反应区—炉膛,在高温下还原剂与NOX在没有催化剂参与的情况下发生还原反应,实现初步脱硝。然后未反应的还原剂进入混合工艺的第2个反应区——SCR反应器,在有催化还原的情况下进一步脱硝。

 


图1 SNCR/SCR混合工艺

 

2.1、SNCR-SCR混合工艺特点
(1)脱硝效率高
   单一的 SNCR工艺脱硝效率最低, 一般在 40 %以下,而混合SNCR-SCR工艺可获得与 SCR工艺一样高的脱硝率( 80%以上)。
(2)催化剂用量小
   SCR工艺中使用了脱硝催化剂, 虽然大大降低了反应温度和提高了脱硝效率, 但是由于催化剂价格昂贵,一般占整个SCR工艺总投资的1/3左右,并且由于硫中毒、颗粒物污染等需要定期更换,运行费用很高。混合工艺由于其前部SNCR工艺的初步脱硝,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大大减少。
(3)反应塔体积小,空间适应性强
   混合SNCR-SCR工艺因为催化剂用量少, 在一些工程中可以通过直接对锅炉烟道、扩展烟道、省煤器或空气预热器等进行改造来布置 SCR反应器,大大缩短了反应器上游烟道长度。因此, 与单一的SCR工艺相比, 混合工艺无须复杂的钢结构, 节省投资,受场地的限制小。
(4)脱硝系统阻力小
   由于混合工艺的催化剂用量少, 反应器小及其前部烟道短,所以,与传统SCR工艺相比,系统压降将大大减小,从而减少了引风机改造的工作量,降低了运行费用。
(5)降低腐蚀危害
   当煤炭含硫量高时, 燃烧后会产生较高浓度的SO2及SO3,SCR催化剂的使用,虽然有助于提高脱硝效率,但也存在增强SO2向SO3转化的副作用。烟气中 SO3含量增加, 使得烟气的酸露点温度增加,SO3与烟气中的水分形成硫酸雾, 当温度较低时,硫酸雾凝结成硫酸附着在下游设备上造成腐蚀;而且,SO3还会与氨反应形成黏结性很强的 NH4HSO4,在烟气温度较低时,堵塞催化剂、沾污受热面。由于混合工艺减少了催化剂的用量, 将使这一问题得到一定程度的遏制。
(6)省去SCR旁路
   频繁启停、长期低负荷运行或超负荷运行的机组,都可能造成排烟温度超出催化剂的适用范围,从而缩短催化剂寿命。为此,SCR工艺一般需要设置旁路系统,以避免烟温过高或过低对催化剂造成的损害。但旁路的设置又增加了初投资,并对系统控制和场地面积等提出了更高的要求。由于混合 SNCR - SCR工艺的催化剂用量大大降低,因此可以不设置旁路系统。这样一来,不但减少了初投资,而且还降低了系统控制的复杂程度和对场地的要求。
(7)简化还原剂喷射系统
   为了达到高效脱硝的目的,要求喷入的氨与烟气中的 NOx有良好的接触,以及在催化反应器前获得分布均匀的流场、浓度场和温度场。为此,单一的SCR工艺必须通过设置静态混合器、AIG及其复杂的控制系统,并加长烟道以保证AIG与SCR反应器之间有足够远的距离。而混合SNCR-SCR工艺的还原剂喷射系统布置在锅炉炉墙上,与下游的SCR反应器距离很远, 因此无需再加装AG和静态混合器, 也无需加长烟道,就可以在催化剂反应器入口获得良好的反应条件。
(8)提高 SNCR阶段的脱硝效率
   单纯的 SNCR工艺为了满足对氨逃逸量的限制, 要求还原剂的喷入点必须严格选择在位于适宜反应的温度区域内。在混合SNCR-SCR工艺中,SNCR阶段的氨泄漏是作为 SCR反应还原剂来设计的, 因此, SNCR阶段可以无需考虑氨逃逸的问题。
   相对于独立的SNCR工艺,混合SNCR-SCR工艺氨喷射系统可布置在适宜的反应温度区域稍前的位置, 从而延长了还原剂的停留时间。而在SNCR过程中未完全反应的氨在下游SCR反应器中被进一步利用。混合工艺的这种安排, 有助于提高SNCR阶段的脱硝效率。目前,混合脱硝工艺SNCR阶段的脱硝效率可达到 55 %以上。
(9)方便地使用尿素作为脱硝还原剂
   由于液氨在运输和使用过程中存在诸多不安全因素,如液氨储罐漏损、氨气泄漏引起爆炸等。因此在更多的SCR工艺设计中开始寻求其他安全的替代还原剂。近年研究用尿素代替 NH3作还原剂, 使得操作系统更加安全可靠, 且不必担心因 NH3泄漏造成新的污染,尿素制氨系统成为 SCR工艺的一个主要发展方向。然而, 由于该系统需要复杂和庞大的尿素热解装置,投资费用很大。混合工艺可以省去热解装置,通过直接将尿素溶液喷入炉膛,利用锅炉的高温, 将尿素溶液分解为氨, 既方便又安全。
(10)有利于达标排放的分步到位
   混SNCR-SCR工艺两个脱硝区域的设立可以分步实施。在排放标准较低的情况下,可以先只采用单一的SNCR工艺,随着环保标准的提高,再加装催化反应器。而混SNCR-SCR工艺的紧缩型SCR反应器,占地面积和工程量均较小,通过利用其前部SNCR逃逸氨作为脱硝还原剂, 可以方便地过渡到混合SNCR-SCR工艺, 将脱硝效率提高到新标准的水平。
2.2、SCR工艺、SNCR-SCR混合工艺综合比较
   新建电厂一般都在锅炉设计时采取低氮燃烧和预留有脱硝空间,因此直接改造SCR(选择性催化还原)系统便可达到100mg/Nm3。而老厂脱硝改造时却面临多种方案的选择:SCR方案或SNCR-SCR混合方案。

表1 SCR工艺、SNCR-SCR混合工艺综合比较
 

项目

SCR工艺

混合SNCR-SCR工艺

还原剂

NH3或尿素

尿素为主

反应温度

320-400

前段:850-1100
后段:320-400

催化剂用量

2层

1层

脱硝效率

80%

80%

还原剂喷射位置

省煤器与SCR反应器之间烟道

炉膛内2-3层喷嘴

SO2/SO3转化率

转化率较高

转化率较低

NH3逃逸率

0.0003-0.0005

0.0005-0.0010

对空气预热器的影响

易堵塞或腐蚀

不易堵塞或腐蚀

系统压力损失

燃料的影响

影响大

影响小(催化剂少)

催化剂吹灰

需布置多层

只需布置1层

投资及运行费用

很高

较高

占地面积

较大

较小

老厂改造

复杂

较容易

 

3、SNCR-SCR混合工艺的问题
   3.1 由于锅炉切圆燃烧在炉膛出口产生偏转,SNCR喷枪喷入的尿素热解NH3在烟气中分布不均,这种不均使烟气在流过催化剂时NH3局部浓度过高,而某些地方的浓度又会很低,从而导致SCR的整体脱硝效果降低。
   3.2 低温空气预热器堵塞。虽然SNCR-SCR混合脱硝工艺只有一层催化剂,但还是有少量的SO2被氧化成SO3:
   SO2+1/2O2→SO3
   NH3+SO3+H2O→NH4HSO4
   2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4
   SO3+H2O→H2SO4
   SO3和少量的未反应的NH3形成硫酸氢铵,硫酸氢铵极易与飞灰粘结并沉积、堵塞在空气预热器表面。
   解决上述问题,关键在于选择好SNCR的喷射系统,使还原剂与烟气充分混合,不仅能提高烟气脱硝效率,而且会减少NH3逃逸率。
4、结论
   氮氧化物是“十二五”期间减排约束性指标,烟气脱硝是必然的趋势。根据企业具体情况,采用技术经济合理的工艺是企业决策者面临的抉择。由于SNCR-SCR混合脱硝的投资运行费用省、安全高效、对锅炉改动少、适用于尿素做还原剂、分步到位的特点,特别适用于老厂脱硝改造。

 




SNCR+SCR脱硝流程图_1


SNCR+SCR脱硝流程图_2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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