一种新型烟气脱硝工艺介绍

一种新型烟气脱硝工艺介绍

林华峰

浙江北高峰环境工程有限公司310013

摘要：现行常规的炉后脱硝均为氨基脱硝，在运行上稳定性和工艺副作用上有着不可规避的缺陷。浙江大学王智化教授团队新研发的活性分子脱硝工艺比较好的解决了氨基脱硝所存在的问题，为烟气脱硝领域提供了一种全新的思路和处理方法。

关键词：活性分子；新型脱硝；浙江大学

一、脱硝工业现状

我国是世界上主要的煤炭生产和消费国，也是以煤炭为主要一次能源的国家。据统计，2002年，原煤在我国一次能源构成中所占比例为70.7%，而用于发电的煤炭约占煤炭消费量的49.1%。

NOx的排放是酸雨的形成和对大气中臭氧层破坏的重要原因之一，起着非常重要的作用。据有关部门的初步估算：1990年我国NOx的排放量约为910万吨，到2000年和2010年，我国的NOx排放量将分别达到1561万吨和2194万吨，其中近70%来自于煤炭的直接燃烧，以燃煤为主的电力生产是NOx排放的主要来源。鉴于我国的能源消耗量今后将随经济的发展不断增长，NOx排放量也将持续增加，如不加强控制NOx的排放量，NOx将对我国大气环境造成严重的污染。

现今处理NOx排放的主要脱硝工艺为SNCR（选择性非催化还原反应）、SCR（选择性催化还原反应）、SNCR+SCR组合脱硝工艺。主要原理是利用氨气的还原性在850-950℃的温度窗口下自发与烟气中的NOx反应，生成氮气和水。或者在320-400℃的温度区间下在催化剂的作用下与NOx反应，达到脱硝的目的。

二、氨基脱硝缺陷

一般而言SNCR工艺仅适用于循环流化床锅炉，从技术上一般可达到60%的脱除效率，但在其他炉型上效果会大打折扣。实现SNCR脱硝效果的最重要保障是反应的温度窗口，反应温度超过950℃，喷入的氨气会在高温下被氧化为NOx，起反效果，温度低于850℃，脱硝反应活性会慢慢降低，乃至完全不发生反应，造成喷入氨气的大量逃逸。因此SNCR工艺一般都会面对锅炉低负荷状态运行时，脱硝反应失效的尴尬局面。即使在正常负荷运行状态下，由于炉内气流流场的多变或是氨水喷射位置的不合理性都会导致烟气与氨水不能完全混合反应，一般的SNCR工艺或多或少均存在氨逃逸的情况，无法根治，只能减轻，运行较好的控制氨逃逸在8ppm以内，但国内运行时为了获得好看的脱硝数据，往往会过量喷氨，导致逃逸加剧。

可见单纯的SNCR脱硝工艺适用面较为狭隘，运行稳定性较差，脱硝效率不高，现如今超低排放要求的NOx排放指标在50mg/Nm3，单纯采用SNCR脱硝工艺很难达到超低排放的要求。

SCR工艺是当前最为普遍和稳定的脱硝处理工艺，借助催化剂的作用在合适的温度区间能达到90%以上的脱除效率。SCR一般分为氨区系统、喷射系统和SCR反应器系统，相对SNCR而言工艺体量较大，投资额较高。由于投入了催化剂，在CFD流场优化的帮助下氨气能更快的被捕捉，反应更敏捷，效率更稳定，氨逃有效控制在3ppm以内。但同样也是催化剂的作用一部分SO2被氧化成SO3导致酸腐蚀增加，同时SO3容易和逃逸的氨反应，生成硫酸氢铵。硫酸氢氨的沉积温度在150～230℃，粘度较大，加剧了对空预器换热元件的堵塞和腐蚀。据检测在有催化剂的锅炉尾部烟道中SO3的总量约是没有催化剂SO3总量近2倍，这是SCR工艺的主要存在问题。其次，催化剂本身也有一定的风阻，一般SCR反应器阻力在1000Pa左右，如催化剂的清灰效果不佳，阻力更大，这无疑增加了引风机的运行功耗。而且催化剂的化学使用寿命在2年左右，废弃的催化剂作为微废处理或者化学再生也是一笔不小的费用。

SNCR+SCR联合脱硝工艺是介于两种工艺之间的一种组合工艺，综合了两种工艺的优缺点，实现造价和运行成本的最优化。

三、活性分子脱硝介绍

活性分子脱硝技术是浙江大学王智化教授团队研发的一种新型脱硝技术。2014年底，活性分子多种污染物一体化脱除新技术在杭州富阳中策清泉有限公司6万标方炭黑尾气的工业上首次应用，并顺利通过了168运行考核。实现了烟气NOx由初始浓度800mg/Nm3降至20mg/Nm3，脱除效果远低于火电厂污染物国家燃煤排放标准（GB13223-2011，重点地区NOx<100mg/Nm3、SO2<50mg/Nm3）。活性分子脱硝技术正是转为工业应用。

活性分子脱硝技术是在不影响现有工艺的前提下，通过低温氧化结合湿法脱硫塔实现NOx排放控制。主要采用的是活性分子分配器和喷嘴喷入高浓度活性分子，与烟气充分混合后实现对NOx的高效氧化，再通过脱硫塔进行污染物的洗涤脱除。

该技术的原理是利用活性分子的强氧化性，它可以将烟气NOx中的不溶性NO氧化成可溶于水的NO2、NO3、N2O5等高价氮氧化物，将零价汞(Hg0)氧化成可溶性二价汞(Hg2+)，结合湿法洗涤塔与SO2、HCl、HF等可溶性酸性气体一同去除。

活性分子氧化多种污染物后，进入洗涤塔中进行湿法吸收。在湿法吸收过程中，根据电厂现有的湿法脱硫塔进行活性分子氧化产物的协同吸收。

活性分子氧化多种污染物协同脱除方式较氨基脱硝工艺有以下几个重要的技术优势：

1)与燃烧过程无关，可以是锅炉烟气、垃圾焚烧烟气、水泥窑炉、玻璃窑炉、烧结机等各种烟气，只要有<200℃以下的烟气条件和一定的停留时间。

2)非氨法脱硝，对燃烧及设备运行过程无任何影响，仅针对低温烟气进行处理。

3)实现NO和Hg等污染物的氧化吸收，真正实现多种污染物协同脱除，做到“一塔多脱”。

4)活性分子多脱技术脱除效率高，可以达到95%以上的脱硫脱硝率，同时，臭氧分解产物是氧气，不会引起类似氨泄漏的二次污染。

5)活性分子与污染物的气相反应为均相反应，反应迅速，而且与固体颗粒物的反应不敏感。

6)可与大部分燃煤电厂采用的湿法脱硫WFGD系统结合进行氧化产物的吸收。

7)现有锅炉改造部分较少，仅需在尾部烟道进行活性分子喷嘴的布置。其辅件的安装均为额外配备装置，对锅炉的运行几乎没有影响。

三、脱硝工艺对比

五、结论

活性分子脱硝技术以其高脱除效率、运行稳定、工况适应性强、无二次污染等特点在众多NOx处理工艺中独树一帜。未来将在超低排放脱硝领域全面推广、普及。作为一种全新的脱硝处理思路和工艺无论和传统的氨基脱硝配合使用或是单独尾部烟气处理都有着非常强的产品力。