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焦爐煙氣脫硝技術—低氮燃燒技術

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焦爐煙氣脫硝技術—低氮燃燒技術

發布日期:2017-08-15 作者: 點擊:

工業化應用的脫硝技術主要分為:低氮燃燒技術、爐膛噴射脫硝技術和煙氣脫硝技術。由于爐膛噴射脫硝僅適用于燃煤或燃油鍋爐,不適用于焦爐,新疆低氮燃燒技術和煙氣脫硝技術。

1低氮燃燒技術

新疆低氮燃燒技術是在爐內采用各種燃燒手段來控制燃燒過程中NOx的生成,主要有空氣分級燃燒、再燃燒技術、低NOx燃燒器等,該技術主要適用于燃煤鍋爐和熱風爐。焦爐中已應用的類似技術有分段燃燒和廢氣循環,但對于已建成的焦爐,無法進行改造。為控制NOx的生成,可通過控制燃燒溫度、改變燃料結構來減少NOx的生成。表1為不同開工率下7m焦爐周轉時間與直行溫度的控制標準。

2煙氣脫硝技術

煙氣脫硝技術是還原或吸附尾部煙氣中生成的NOx,從而降低NOx排放。煙氣脫硝技術可分為干法脫硝和濕法脫硝兩類。

2.1干法脫硝技術

有工程應用的干法脫硝技術包括選擇性催化脫硝(SCR)、選擇性非催化脫硝(SNCR)和活性炭法。

(1)SCR法。SCR法是采用氨將NOx還原成N2。氨有選擇性,只和NOx發生作用,不與煙氣中的氧發生反應。還原反應在低溫下的反應速度很慢,為加快其反應速度,可加入催化劑。根據催化劑適用的煙氣溫度條件,將SCR工藝分為高溫(>450℃)、中溫(320~450℃)和低溫(120~320℃)工藝。目前商業上應用比較廣泛的是中溫催化劑。該催化劑以TiO2為載體,上面負載釩、鎢和鉬等主催化劑或催化助劑,脫硝效率可達95%以上。考慮到焦爐煙氣的低溫特性,選用SCR法有兩條途徑:一是對低溫煙氣加熱,使之符合中溫SCR法的溫度條件,以利用成熟的中溫催化劑脫硝,煙氣脫硝后再考慮余熱回收,需耗費額外的熱量;二是使用低溫催化脫硝,但商業化應用的低溫催化劑不多,研究主要集中在金屬氧化物催化劑和碳基材料催化劑。

(2)SNCR法。SNCR法是采用氨或尿素為還原劑,其原理與SCR法相同,但該法不使用催化劑。由于無催化劑時該反應的最佳溫度為900~1000℃,因此必須在煙氣的高溫區域加入還原劑。該法還原劑使用量大,同時必須控制好反應溫度,并保證還原劑有足夠的停留時間。SNCR法的脫硝效率較低,約為30%~50%,主要用于燃煤鍋爐爐膛噴射脫硝,不適用于焦爐煙氣脫硝。

(3)活性炭法。活性炭法脫除NOx的過程類似于SCR反應過程,可認為是吸附與SCR過程相結合的一種方法,或低溫的SCR反應。炭材料既起催化劑的作用,同時還承擔吸附劑的作用。主要的反應是活性炭在90~250℃之間催化還原NOx至氮氣和水,此溫度范圍恰好在工業鍋爐煙氣排放的窗口溫度內,同時脫硫脫硝后的活性炭能用多種手段再生,重復利用來降低成本,消除了二次污染。商業化應用的活性炭脫硝工藝包括日本住友、日本J–POWER(MET-Mitsui-BF)和德國WKV等幾種主流工藝。無論低溫SCR法還是活性炭法脫硝,對煙氣硫含量均有明確要求,一般要求<30mg/m3,甚至更低。主要原因是SO2氧化為SO3,在水和氨存在時生成硫酸銨,該鹽在230℃以下粘附在催化劑表面,吸附粉塵,堵塞孔道,使催化劑逐漸失活,故成熟的工藝煙氣溫度一般為280℃以上。另干法催化劑有毒,需工業化廢棄處理

2.2濕法脫硝技術

濕法脫硝是指利用水或者水溶液來吸收廢氣中的NOx,根據吸收劑的不同可分為水吸收、酸吸收、堿吸收、氧化吸收、液相還原吸收、絡合吸收和微生物法等,有工業應用的主要為酸吸收法和堿吸收法。

(1)酸吸收法。酸吸收法是指以濃硫酸或稀硝酸為吸收劑來處理尾氣中的NOx。用濃硫酸吸收NOx是化學吸收,生成亞硝基硫酸,亞硝基硫酸可用于生產硫酸和濃縮硝酸。在同時生產濃硫酸和濃硝酸的企業,可用該技術凈化含NOx的尾氣。稀硝酸吸收NOx是利用NOx在稀硝酸中有較高的溶解度而進行的物理吸收,常用來凈化硝酸廠尾氣,凈化率可達90%。影響吸收效率的因素除溫度和壓力外,稀硝酸濃度是重要因素。硝酸濃度為15%~20%時,吸收效率較高。吸收NOx后的硝酸經加熱用二次空氣吹出NOx,吹出的NOx可返回硝酸吸收塔進行吸收,吹除NOx后的硝酸冷卻至20℃,送尾氣吸收塔循環使用。

(2)堿吸收法。堿吸收法是利用NaOH、Ca(OH)2、氨水和Na2CO3等堿溶液作吸收劑對NOx進行化學吸收。對于含NO較多的廢氣,需先將NO氧化為易溶于水的NO2,再用堿液吸收,常用的氧化劑有臭氧、亞氯酸鹽、高錳酸鉀等。氧化劑的使用成本是工藝選擇的主要影響因素。由于氨水吸收時生成極不穩定的亞硝酸銨,當濃度較高、溫度較高或溶液pH值不合適時,會發生劇烈爆炸,因此限制了氨水吸收法的應用。石灰乳作吸收劑價格便宜,但因溶解度小,未溶解的石灰易堵塞設備,故不常用。考慮到吸收劑的價格、來源、吸收效率等因素,工業上應用較多的吸收劑是NaOH和Na2CO3,影響吸收的因素主要是廢氣中的氧化度、吸收設備和操作條件。

濕法脫硝技術應用于焦爐煙氣脫硝,面臨以下共性問題需解決:一是煙氣溫降大,需再熱后才能利用原焦爐煙囪外排;二是煙氣含濕高、腐蝕性強,需對原煙囪進行特殊防腐處理;三是酸、堿腐蝕性強導致管道泄漏,成鹽結晶引起管道堵塞,系統維護量大;四是副產回收耗能大,需對廢水、廢渣進行處理。焦爐煙氣屬低溫、低NOx濃度、低SO2含量、含氧、微塵煙氣,但由于NOx超標和SO2波動,脫硝脫硫需綜合考慮。各企業焦爐爐型、爐齡、燃料結構不同,所在地環保標準也不同,需考慮不同的工藝技術對自身煙氣的適應性,兼顧投資運行成本使煙氣達標排放。


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