工厂氮氧化物的减少排量的方法

工厂氮氧化物的减少排量的方法本文作者：庞兴龙史晓宏付振来单位：廊坊市环境保护局神华国华三河发电有限责任公司廊坊市环境科学研究院1刖B氮氧化物（NOX）是造成大气污染的主要污染源之一，是直接导致我国各地阴霾天、臭氧破坏、空气污染的罪魁祸首。NOX是主要的温室气体之一，如果以二氧化碳（C02）作为基准计1,则NOX的增温效应为310,另外N0X的大量排放不仅导致臭氧层破坏、光化学烟雾及温室效应，还会导致人类呼吸系统疾病，并与二氧化硫（SO2）一样会导致酸雨的形成，造成耕地退化和建筑物受损等。研究数据显示，NOX排放的快速增长使得我国酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变，硝酸根离子在酸雨中所占的比例从上世纪80年代的1/10逐步上升到近年来的1/3,加剧了复合型大气污染的形成，部分抵消了S02减排的巨大努力。N0X已成为继S02之后我国主要的城市大气污染物，选择氮氧化物作为“十二五”主要污染物总量减排约束指标是环境形势所迫。2火力发电厂氮氧化物排放现状机动车辆尾气排放、火力发电厂锅炉烟气、硝酸和氮肥及炸药等工业生产过程产生的废气是N0X的主要排放源。我国是一个以煤为主要能源的国家，在我国能源结构中有70%—80%由煤燃烧来提供，煤炭高温燃烧成为我国排放NOX的主要来源之一，加之煤炭资源大约60%用于火力发电，因此火力发电厂N0X排放量巨大，2007年我国电力行业NOX排放量为695万吨，占全国排放总量的38.7%,在今后相当长的时间内，我国将继续维持以燃煤机组为主的基本格局，预计到2015年，我国火电装机容量将达到10亿千瓦，按照以前的排放控制水平，N0X排放量将达到1116万吨。鉴于氮氧化物对大气环境的不利影响以及目前火电厂氮氧化物排放控制的严峻形势，进一步加大对氮氧化物排放的控制力度，2010年1月环境保护部颁布实施了《火电厂氮氧化物防治技术政策》，2011年9月环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011),以推动火电行业排放强度降低并减少污染物排放,加快转变火电行业发展方式和优化产业结构，促进电力工业可持续和健康发展。控制火电厂氮氧化物的排放已成为火电行业“十二五”环境保护工作的重中之重，脱硝是减少氮氧化物排放的主要手段，火电脱硝又成为首要任务。3火电行业氮氧化物的控制我国大型电站绝大部分是常规的燃煤电站，而N0X是燃煤电厂排放的主要污染物之一。N0X通常包括NO、N02、N20等，主要产生于矿物燃料(如煤和燃油等)的高温燃烧过程，其中N0占NOX总排放量的90%o降低NOX的污染主要有两种措施:一是控制燃烧过程中NOX的生成，即低NOX燃烧技术;二是对生成的NOX进行处理，即烟气脱硝技术。3.1低NOX燃烧技术用改变燃烧条件的方法来降低NOX的排放,统称为低NOX燃烧技术。在各种降低NOX排放的技术中，低NOX燃烧技术凭借其工艺成熟，投资和运行费用低等优势在火电厂中得到广泛应用。但该技术对NOX排放量的降低效果较小，一般情况下最多只能达50%。3.2目前较成熟的燃煤烟气脱硝工艺通常在采用了低NOX燃烧技术之后，NOX的生成量有所减少，但由于低NOX燃烧技术固有的局限性，很难高效率的脱除NOX,因此要大幅度地降低NOX的排放浓度还必须采用烟气二次脱硝处理。目前火力发电厂较成熟的烟气脱硝方法主要有选择性催化还原法(SCR)和非选择性催化还原法(SNCR)以及在二者基础上发展起来的SNCR/SCR联合烟气脱硝技术。3.2.1选择性催化还原(SCR)脱硝方法选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction,SCR)烟气脱硝是利用NH3和N0X在催化剂作用下使N0X还原的技术，即在含氧条件下及催化剂存在时,以氨、尿素或碳氢化合物等作为还原剂，将烟气中N0X还原为N2和水。在反应温度为300〜450c时，脱硝效率可高达70%〜90%。3.2.1.1SCR脱硝技术特点SCR技术于20世纪80年代开始逐渐应用于燃煤锅炉烟气脱除N0X,目前已成为世界上应用最多、最有成效的一种烟气脱硝技术。该技术具有以下特点：一是技术成熟，应用广泛。在众多的燃煤电站脱硝技术中，SCR是应用最广，且技术成熟的烟气脱硝方法，已成为目前电站锅炉脱硝的主流技术。二是脱硝效率高，副作用较小。在已运行的SCR装置的锅炉中，脱硝率可达到70-90%,甚至以上，NH3的逃逸一般在5ppm以下，能够满足目前及今后严格的环保要求。日益受到我国及世界上其它国家的重视。3.2.1.2SCR脱硝基本原理SCR系统是通过在催化剂上游的烟气中喷入氨或其它合适的还原剂利用催化剂将烟气中的NOX转化为氮气和水。在通常的设计中，使用液态无水氨或氨水(氨的水溶液)，无论以何种形式使用，首先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合,最后通过分配格栅喷入SCR反应器上游的烟气中。图2.2-1为SCR反应原理示意图。氨气(NH3)被注入烟道与烟气混合，NH3在催化剂条件下能在较低温度选择N0X发生化学反应生成氨气和水，从而使烟气中N0X含量降低。对于燃烧过程，氮氧化物90%以上是N0,其化学反应。SCR系统NOX脱除效率通常很高，添加到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。然而，有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸就会增加，为了维持需要的NOX脱除率，就必须增加反应器中NH3/N0X摩尔比。当不能保证预先设定的NOX脱除率和(或)氨逃逸的性能标准时，就必须向反应器添加新的催化剂以恢复反应器性能。催化剂使本反应加速进行，提高了烟气脱硝率，降低了反应温度。发生反应的温度一般在300℃-450℃,在此温度下，脱硝率可达90%,并且未反应的NH3逃脱率不超过5ppmo3.2.2选择性非催化还原技术(SNCR)选择性非催化还原法工艺(SelectiveNon-catalyticReduction,SNCR),最初由美国的Exxon公司发明并于1974年在日本成功投入工业应用。该技术是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOX进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850~1100℃的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反应生成N2,该方法是以炉膛为反应器。该技术具有实施简单，系统费用低廉，建设周期短的优点；但其脱硝率相对较低。3.2.3SNCR/SCR联合烟气脱硝技术SNCR与SCR联合烟气脱硝技术结合了两者的优点，将SNCR工艺的还原剂喷入炉膛同SCR工艺利用逃逸氨进行催化反应的技术结合起来，进一步脱除NOXo它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高效率及低的氨逃逸率进行有效结合。理论上，SNCR工艺在脱除部分NOX的同时也为后面的催化法脱硝提供所需要的氨。在联合工艺的设计中，一个重要的问题是将氨与NOX充分混合。SNCR与SCR混合工艺可以达到40%〜80%的脱硝效率，但氨的逃逸量较高。4结论氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，主要产生于矿物燃料（如煤和燃油等）的高温燃烧过程，这其中又有