SNCR-SCR烟气脱硝技术及其应用

2008年 6月 电 力 环 境 保 护 第 24卷 第 3期 SNCR—SCR烟气脱硝技术及其应用 Hybrid SNCR ——SCR denitrification technique and its application 蔡 小峰 ，李晓芸 (华北电力大学 能源与动力学 院，北京 102206) 摘 要 ：SNCR—SCR烟气脱硝技术是结合 了 SCR技 术高效、SNCR技 术投 资省的特点而发展起 来的一种新型 、成熟的 工艺。详细介绍了混合 SNCR—SCR工艺的特点，并结合台湾某电厂的运行资料，将这种工艺与单一 SCR和 SNCR 工艺进 行 了技术经济 比较 。 关键 词 ：脱硝 ；SCR；SNCR；混合 SNCR—SCR Abstract：Hyb rid SNCR —SCR denitrification technique is a new and matu re p rocess which combines the highe r efficiency of SCR and the lowe r cost of SNCR．The cha racte ristics of hyb rid SNCR —SCR DeNO 、 p rocess are introduced b riefly．The p rocess a re compa red with SCR and SNCR p rocess technically and economically based on the actual ope ration data frOm a the rmal powe r plant in Taiwan． Key wo rds：denitrification；SCR；SNCR；Hyb rid SNCR—SCR 中图分类号 ：X701．7 文献标识码 ：B 文章编号 ：1009—4032(2008)03—026—04 混合 SNCR—SCR烟气脱硝技术并非是 SCR工 艺与 SNCR工艺 的简单组合 ，它是结合 了 SCR技术 高效 、SNCR技术投 资省 的特点而发展起来 的一种 新型工艺 。 SCR和 SNCR相同，都是在一定温度下 ，加入烟 气中的氨或尿素溶液等与 NO 发生还原反应 ，生成 无害的氮气和水 ，不同之处是前者有催化剂 的参与 ， 而催化剂 的参与降低 了反应 温度窗 (由不加催化剂 时的800～1 200 oc降至 300～380℃或更低)，并提 高了反应效率。 混合 SNCR—SCR工 艺具 有两个反应 区 ，通过 布置在锅炉炉墙上的喷射系统，首先将还原剂喷人 第一个反应区——炉膛 ，在高温下 ，还原剂与烟气中 NO 发生非催化还原反应 ，实现初步脱氮。然后 ，未 反应完的还原剂进入混合工艺的第二个反应区—— 反应器，进一步脱氮。混合 SNCR—SCR工艺最主 要 的改进 就是 省去 了 SCR设 置在 烟道 里 的 复杂 AIG(氨喷射 )系统 ，并减少 了催化剂的用量。 1 混合 SNCR—SCR工艺的优点 与单一的 SCR和 SNCR工艺相比，混合 SNCR — SCR工艺的优点突出。 1．1 脱硝效率高 单一的 SNCR工艺脱硝效率最低 ，一般在 40％ 26 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)，见图 1。 1．2 催化齐0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 。 75％总脱硝率 65％总废硝率 55％总脱硝率 0 10 2O 30 40 50 60 SNCR脱硝率 ／％ 图 1 混合工艺催化剂用量与SNCR脱硝效率关系曲线 ∞ ∞ 船 加 ∞ 卯 如 ∞ 加 如 O ％／羞娶戆鼹 蹬 H蓉s／ H啦 维普资讯 http://www.cqvip.com 2008聋 蔡，J、峰等：SNCR—SCR烟气脱硝技术及其应用 第 3期 由图 1可以看出，混合脱硝工艺中，当 SNCR阶 段脱硝效率为 55％ (混合 SNCR—SCR工艺 SNCR 阶段脱硝效率较单一的 SNCR工艺高)，而要求总脱 硝效率为75％时，SCR阶段的催化剂可节省 50％； 当要求总脱硝效率为65％时，SCR阶段催化剂的用 量可以节省 70％。 1．3 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 。 1．4 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。 1．5 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 SO，及 SO ，SCR催化剂的使用 ，虽然有助于提高脱 硝效率，但也存在增强 SO，向 SO 转化的副作用。 烟气中SO 含量增加，使得烟气的酸露点温度增加， SO 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 ， SO 还会与氨反应形成 黏结性很强 的 NH HSO ，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。 1．6 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。 1．7 催化剂的回收处理量减少 目前 ，脱硝系统所用催 化剂的寿命一般为 2～3 年。催化剂所用材料中的V：0 有剧毒，大量废弃的 催化剂会造成二次污染，必须进行无害化处理。混 合 SNCR—SCR工艺催化剂用量小 ，因此 可大大减 少催化剂的处理量。 1．8 简化还原剂喷射系统 为 了达到高效脱硝的 目的 ，要求喷人 的氨与烟 气中的 NO 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 AIG和静态混合 器 ，也无需加长烟道 ，就可以在催化剂反应器人 口获 得 良好的反应条件 。 1．9 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。 1．10 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 NH 作还原剂 ，使 得操作系统更加安全可靠，且不必担心因 NH 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。如北京高碑店电厂以及石景 山电厂 都采用尿素热解制氨系统。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。 27 维普资讯 http://www.cqvip.com 2008年 6月 电 力 环 境 保 护 第 24卷 第 3期 1．11 减少 N，o 的生成 N，0是一种破坏臭 氧层 的物质 。SCR工艺 中， 由于催化剂 的作用 ，在烟气 中的 NO被脱除的同时， N，0会增加 ，这是 SCR工艺无法避免但也是难 以解 决的问题。混合 SNCR—SCR工艺由于催化剂用量 小，因此 ，生成的 N，0较 SCR工艺少。 1．12 降低 由于煤种引起催化剂大量失效的压力 目前，火电厂脱硝广泛采用 SCR工艺的日本及 欧洲一些国家 ，虽然对煤种质量严格控制 ，但是在脱 硝工艺的运行 中，也曾出现由于燃用煤种不当造成 的催化剂失效事故 ，造成严重 的经济损失和社会影 响。而采用混 合 SNCR—SCR工 艺 ，由于脱 硝任务 由两个区域承担，且催化剂用量小，煤种的不良影响 将被限制在一定范围内。尤其是像我国这种煤炭质 量不稳定 ，燃煤的灰分普遍 非常高 (通 常为 15％ ～ 50％，欧州 、日本等通常为 5％ ～7％)的火电厂，采 用混合 SNCR—SCR脱硝工艺 ，有利 于减轻大量更 换催化剂的压力。 1．13 有利于达标排放的“分步到位” 混合 SNCR—SCR工艺两个脱硝区域的设立可 以分步实施 。在排放 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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}昆合 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 SCR工艺与混合工艺比较 SCR工艺与混合工艺的综合 比较详见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。 表 1 SCR工艺与混合 SNCR—SCR工艺综合比较 3 经济性比较 混合 SNCR—SCR烟气脱硝技术结合了 SCR技 术高效、SNCR技术投资省的特点 ，因而其 系统建造 成本、运行成本都较传统SCR烟气脱硝工艺低，表2 ～ 4列出了台湾兴达电厂 3、4号机组分别应用混合 SNCR～SCR工艺与传统 SCR工艺在综合成 本、建 造成本及运行成本方面的比较资料。 28 表 2 混合工艺与 SCR工艺综合成本比较 维普资讯 http://www.cqvip.com 2008丘 蔡小峰等 ：SNCR—SCR烟气脱硝技 术及其应用 第 3期 表 3 混合工 艺与 SCR工艺建造成本 比较 表 4 混合工艺与 SCR工艺运行成本比较 USD／y 4 混合工艺在我国的应用前景 由于混合 SNCR—SCR工 艺 的上述特 点 ，特别 适合于发展中国家的 NO 排放控制 。 首先，发展中国家的经济实力相对薄弱，SCR工 艺高昂的建设费和运行费对这些国家无疑是一个沉 重 的负担 ，阻碍了烟气脱硝技术的大规模实施。 其次，发展中国家的大气污染物排放标准有一 个逐渐提高的过程，而混合 SNCR—SCR工艺由于 SNCR脱硝区域和 SCR脱 硝区可以分步建设 ，在排 放标准较低的时期 ，可以只建 SNCR部分，待排放标 准提高后再建 SCR部分 。 我国 目前正在大力加强对大气污染物的排放控 制 ，烟气脱硝问题 已经 提上议事 日程。根据 国家要 求以及企业的具体情况，采取技术上和经济上合理 的工艺，是企业决策者面临 的重要课题。SCR、 SNCR和混合 SNCR—SCR工艺都是 当前世界上公 认的成熟技术，其中，在 SCR和 SNCR基础上改进 形成的混合 SNCR—SCR工艺，具有投资和运行费 用省 、安全高效 、且可分步到位等突 出优点 ，因此特 别适合我国高灰煤、经济实力相对薄弱的国情。 另外，由于 SCR工艺昂贵的投资以及较高的 SO ／SO 转化率所引起的下游设备腐蚀等问题，国 际上一些研究机构已经开始对现有 的烟气脱硝工艺 重新进行评估 ，以寻求高效 的且更为经济的烟气脱 硝技术，如美 国电力研究院 (EPRI)在 2007年将对 现有 的烟气脱 硝技 术进 行重 新评估 。无 疑，混 合 SNCR～SCR工艺将是一个备受关注的亮点。 参考文献 ： [1]李晓芸，赵 毅，王修彦．火电厂有害气体控制技术[M]．北京：中 国水利水电出版社 ，2005． [2]Thomas L，Wright，James R(Randy)OX．A new approach for hybrid SNCR／SCR for NO reduction[C]．NETLg 2006 environmental con— trois controls conference，Chattanooga，Tennessee：2006． [3]Jantzen T，Zammit K．Hybrid SCR[C]．The EPRI／EPA Symposium on Stationary Combustion NO Control，Missouri：Kansas City，1995． [4]Wallace A J，Gibbons F X，Boyle J M，et a1．Evaluation of combined SNCR／SCR for NO abatement a utility boiler[C]．The EPRI／EPA joint symposium on stationary combustion NO control，Missouri：Kan— sas City，1995． [5]Urbas J，Boyle J M．Design，optimization and economic analysis SNCR／SCR hybrid on a utility boiler in the ozone transport region [C]．1998 American／Japanese Flame Research Committees Intema— tional Symposium ，1998． [6]Albanese V，Boyle J，Huhmann A，et a1．Evaluation of hybrid SNCR／ SCR for NO abatement on a utility boiler[M] New Jercy：Public serciee electric ＆ gas．1999． [7]蔡小峰，李晓芸．SCR反应塔入口段烟气速度场的数值模拟[J]． 电力环境保护 ，2006，22(5)：18—19． [8]钟 秦．燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例[M]．北京：化学工业 出版社 ．2002． [9]蔡小峰．基于数值模拟的 SCR法烟气脱硝技术优化设计[D]．北 京：华北电力大学能源与动力工程学院，2006． [1O]王志轩．中国电力工业发展及火电厂氮氧化物控制现状及对策 [C]．第二届中美 NO 和 s0 控制研讨会，大连 ：2005． 收稿 日期 ：2007—11—21；修回 日期 ：2008—04—29 作者简介：蔡小峰(1981一)，男，甘肃天水人，硕士，主要从事火 电厂烟气脱硫脱硝方面的工程及研究 工作。E—mail：cai—xiaoqiang @ tom．coin 29 维普资讯 http://www.cqvip.com