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脱硝工程

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氨水脱硝喷枪在生活垃圾焚烧锅炉中的使用及技术探讨(二)
编辑:  来源: /hydt/n831.html   发布时间:2017-11-13

2.2.2 SNCR技术
SNCR技术为在垃圾焚烧炉中适当位置(即合适的温度窗口)喷入含有氨基的还原剂,使焚烧炉内烟气中的NOx被选择性地还原为N2。含有氨基的还原剂主要有氨气、液氨、氨水和尿素。对于不同还原剂,对应的温度窗口亦有所区别,一般在850~1100[4]。
SNCR技术关键是还原剂喷射在合适的温度窗口内,喷入的还原剂与烟气中的NOx能够进行充分混合,从而实现较高的脱硝效率,减少还原剂耗量,同时降低尾部氨逃逸。
2.2.3 SCR法与SNCR法比较
2.2.3.1技术指标比较
就SCR法脱硝与SNCR法脱硝这两种技术本身而言,SCR法脱硝效率更高,可达80%以上的脱硝效率。参考欧美地区SNCR法脱硝,现行的欧盟2000标准要求垃圾焚烧厂尾部烟气中NOx浓度低于200mg/m3(标态)即可达标排放,尽管SNCR法脱硝效率可达80%甚至更高,在实际运行中,很多电厂为减少还原剂耗量,节约运行成本,SNCR系统运行保持在50%左右的脱硝效率。采用图2所示声波温度测量系统(Acoustic gas temperature measurement system,即AGAM系统)(图中虚线圆圈所示),可以更及时更准确地反应还原剂喷射处温度,使所喷入的还原剂始终处于最佳活性温度窗口,从而极大提高还原剂利用率和脱硝效率,可将尾气中NOx浓度降低至70mg/m3(标态)左右[1,3]。通常认为SCR法尾部氨逃逸率更低,SNCR法脱硝后的烟气进入尾部湿式脱酸塔,吸取SNCR系统内逃逸的氨,避免了氨逃逸可能产生的二次污染[3]。
2.2.3.2稳定性比较
SCR法脱硝,烟气中残存的微量SO3、HCl和细微颗粒物等在换热器的换热元件上易生成硫酸铵盐和氯化铵盐黏性物质,这些物质通过正常的吹灰程序难以彻底清除,一方面降低换热效率,增加能源的消耗,另一方面这些黏性物质易堵塞换热元件之间的通道,增加系统阻力,严重威胁引风机的安全运行,进而威胁整个垃圾焚烧厂可靠连续运行。相比之下,SNCR法系统简单许多,关键设备还原剂喷枪通常在炉膛上分层多点布置,即使某个喷枪需检修,也不必停运系统,确保整个垃圾焚烧发电系统安全可靠连续运行。
2.2.3.3经济指标比较
建设成本方面:SCR技术需要较大空间,新增设备较多,如催化反应器、换热器等,对于已建电厂还须对引风机进行改造,由于SCR的催化剂需要安装在反应器内,制造反应器及前后连接烟道及对反应器和烟道进行支撑的钢结构等均要消耗大量钢材。
如果对老厂进行改造,尾部引风机的扩容改造也增加一定的成本。
运行成本方面:SCR法脱硝系统需要热量对尾部烟气进行再加热以达到催化剂反应的活性温度,导致额外能源消耗;由于前后连接烟道的沿程阻力和局部阻力,反应器内催化剂压降和换热器压降使整个系统阻力增加很多,一般为1000Pa左右,有的甚至高达2500Pa左右[3],导致引风机需要更大输出电功率。SNCR法由于还原剂在高温下部分被氧化,需要喷入较多的还原剂,但由于垃圾电厂烟气量较少,还原剂消耗增加并不明显;但运行过程中节约的能源和电耗则相当明显。此外,SCR法脱硝的垃圾焚烧厂所使用的催化剂,在生产制造过程中,也消耗部分能源,同时向大气中排入大量的NOx和CO2,带来大气环境的二次污染[6]。表2对采用图1低温低尘的SCR法布置和SNCR法脱硝建设成本和运行成本进行对比[3],假定所采用的脱硝还原剂均为25%(重量比)的氨水溶液。
由于各国设备成本、劳动力成本差异,SCR系统催化剂在欧洲地区与中国销售价格的巨大差异及氨水、厂用电及气源等价格与欧洲国家的差异,具体到国内情况,两种脱硝技术总的成本不尽与表2所列数据一致。总的来说,尽管SCR法可实现约70mg/m3(标态)的NOx排放浓度,较之SNCR法的100mg/m3(标态)有所降低,但SCR系统建设及运行费用要高出SNCR系统很多。
2.2.3.4国内外业绩比较
在国外经济发达国家和地区,垃圾分类实行得较早,且分类标准严格,城市生活垃圾成分相对稳定,垃圾焚烧厂采用SCR法和SNCR法进行脱硝视各个国家和地区有所区别。
SCR技术和SNCR技术均有广泛应用,不同国家根据各国的法律、法规和经济性,对垃圾焚烧厂进行NOx减排的主流技术也有所不同。但从长远来看,随着欧美经济发达国家和地区越来越严格的环境法律法规出台,对垃圾焚烧厂尾气中NOx、CO、二恶英和呋喃类等大气污染物需考虑协调脱除,使得越来越多的国家采用SCR作为主流脱硝技术。
在我国大部分城市生活垃圾都未进行分类,故垃圾成分相对不确定,经焚烧后的烟气中重金属、HCl、HF含量较高,给催化剂的安全可靠运行带来极大风险。截至目前,我国为数不多的垃圾焚烧厂安装的烟气脱硝装置均采用SNCR技术。
3结论
欧美和日本等经济发达地区,由于当地实行更加严格的垃圾焚烧厂排放标准,从长远来看,综合考虑对NOx和二恶英、呋喃类大气污染物的协同脱除,在经济成本许可的条件下,可对垃圾焚烧厂采用SNCR法或SCR法,并协同脱除NOx和二恶英、呋喃类大气污染物[8]。美国环保署EPA和欧盟EU Directive 96/91从政府层面亦推荐SNCR技术为垃圾焚烧厂脱硝的最佳可行技术(BAT)。
我国为发展中国家,政府对垃圾焚烧厂的垃圾处理补贴费用低,且垃圾发电厂由于垃圾燃烧热值低,同等燃料情况下,其发电量较之燃煤、燃气等化石燃料低,上网发电量少,且标杆上网电价仅比普通发电厂的上网电价高出几分,使得我国垃圾焚烧厂必须采取技术经济更加合理性的SNCR技术进行NOx脱除。
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