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不需要改变现有锅炉的设备设置,而只需在现有的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽,氨或尿素喷射装置及其喷射口即可,系统结构比较简单;
(2)系统投资小:
相对于SCR的大约40美元kW-1~60美元kW-1的昂贵造价,由于系统简单以及运行中不需要昂贵的催化剂而只需要廉价的尿素或液氨,所以SNCR大约5美元⋅kW-1~10美元kW-1的造价显然更适合我国国情;
(3)阻力小:
对锅炉的正常运行影响较小;
(4)系统占地面积小:
需要的较小的氨或尿素储槽,可放置于锅炉钢架之上而不需要额外的占地预算。
3SNCR系统及其影响因素
如图1,典型的SNCR系统由还原剂储槽、多层还原剂喷入装置以及相应的控制系统组成。
它的工艺简单,操作便捷。
SNCR工艺可以方便地在现有装置上进行改装。
因为它不需要催化剂床层,而仅仅需要对还原剂的储存设备和喷射系统加以安装,因而初始投资相对于SCR工艺来说要低得多,操作费用与SCR工艺相当。
一般情况下SNCR可达到60%至70%的NOx还原率,足以满足有关环保要求。
SNCR还原NO的化学反应效率取决于烟气温度,高温下停留时间,含氨化合物即还原剂注入的类型和数量、混合效率以及NOx的含量等等。
3.1温度对SNCR的还原反应的影响
温度对SNCR的还原反应的影响最大。
当温度高于1000℃时,NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低;
温度低于1000℃以下时,NH3的反应速率下降,还原反应进行得不充分,NOx脱除率下降,同时氨气的逸出量可能也在增加。
由于炉内的温度分布受到负荷、煤种等多种因素的影响,温度窗口随着锅炉负荷的变化而变动。
根据锅炉特性和运行经验,最佳的温度窗口通常出现在折焰角附近的屏式过、再热器处及水平烟道的末级过、再热器所在的区域。
3.2还原剂在最佳温度窗口的停留时间
还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长,则脱除NOx的效果越好。
NH3的停留时间超过1s则可以出现最佳NOx脱除率。
尿素和氨水需要0.3s~0.4s的停留时间以达到有效的脱除NOx的效果。
3.3SNCR工艺所用的还原剂类型
SNCR工艺所用的两种最基本的还原剂是无水泊液氨和尿素。
为了获得理想的NOx脱除效率,还原剂的用量必须比化学计量的要多。
大多数过量的还原剂分解为氮气和CO2,但是,也有微量的氨和CO会残留在尾气中,造成氨的泄漏问题。
其中氨的泄漏量一般小于2.5×
10-5,比较好的情况下可以小于10-5。
在用尿素作还原剂的情况下,其N2O的生成几率要比用氨作还原剂大得多,这是因为尿素可分解为HNCO,而HNCO又可进一步分解生成为NCO,而NCO可与NO进行反应生成氧化二氮:
在以尿素为还原剂的操作系统中,可能会有高至10%的NOx转变为N2O,不过这可以通过比较精确的操作条件控制而达到削减N2O生成的目的。
另外,如果操作条件未能控制到优化的状态,亦可排放出大量的CO。
为了提高SNCR对NOx的还原效率,降低氨的泄漏量,必须在设计阶段重点考虑以下几个关键的工艺参数:
燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、NOx浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及CO浓度等。
4总结
SNCR装置简单经济、操作方便、价格低廉,是一种经济实用的NOx还原技术。
相对于别的脱硝技术来说,它是目前适合我国国情的脱硝技术的最佳选择。
SNCR脱硝技术在大型煤粉炉中应用探讨
NOx是一种主要的大气污染物质,NOx与碳氢化合物可以在强光作用下造成光化学污染,排放到大气中的NOx是形成酸雨的主要原因,严重危害生态环境。
目前国内65%左右的NOx是由煤燃烧所产生的,因此作为主要燃煤设备的电站锅炉和工业锅炉成为今后控制NOx排放所必须关注的焦点。
目前我们已经采取诸如低NOx燃烧器、分级配风、OFA(OverFireAir)、再燃等技术措施来降低NOx的排放,并取得了一定的效果。
北京市要求燃煤电站锅炉NOx的排放必须低于250mg⋅Nm-3的要求,相对于目前650mg⋅Nm-3的国标要求要严格得多,采用上述几种技术措施往往很难达到250mg.Nm-3的排放指标。
作为烟气净化方式的选择性催化还原(SCR)虽然可以取得高达90%的NOx脱除率,但SCR技术由于其昂贵的催化剂及寿命问题造成了投资过大(大约40美元⋅kW-1~60美元⋅kW-1),限制了其广泛应用。
而相对较廉价的选择性非催化还原(SNCR)技术(大约5美元⋅kW-1~10美元⋅kW-1),其最大NOx脱除率可达70%~80%。
作为一种经济实用的NOx脱除技术,SNCR于20世纪70年代中期首先在日本的燃气、燃油电厂中得到应用,并逐步推广到欧盟和美国。
到目前为止世界上燃煤电厂SNCR工艺的总装机容量大约在2GW以上。
1
SNCR脱硝原理
选择性非催化还原(SNCR)脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为800℃~1100℃的区域,该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物,随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。
采用NH3作为还原剂,在温度为900℃~1100℃的范围内,还原NOx的化学反应方程式主要为:
而采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为:
SNCR还原NO的反应对于温度条件非常敏感,炉膛上喷入点的选择,也就是所谓的温度窗口的选择,是SNCR还原NO效率高低的关键。
一般认为理想的温度范围为700℃~1100℃,并随反应器类型的变化而有所不同。
当反应温度低于温度窗口时,由于停留时间的限制,往往使化学反应进行的程度较低反应不够彻底,从而造成NO的还原率较低,同时未参与反应的NH3增加也会造成氨气泄漏。
而当反应温度高于温度窗口时,NH3的氧化反应开始起主导作用:
从而,NH3的作用成为氧化并生成NO,而不是还原NO为N2。
总之,SNCR还原NO的过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果。
如何选取合适的温度条件同时兼顾减少还原剂的泄漏成为SNCR技术成功应用的关键。
2
SNCR脱硝的优点
选择性非催化还原技术(SNCR)具有以下优点:
(1)系统简单:
(2)系统投资小:
相对于SCR的大约40美元kW-1~60美元kW-1的昂贵造价,由于系统简单以及运行中不需要昂贵的催化剂而只需要廉价的尿素或液氨,所以SNCR大约5美元⋅kW-1~10美元kW-1的造价显然更适合我国国情;
(3)
阻力小:
(4)
系统占地面积小:
3
SNCR系统及其影响因素
如图1,典型的SNCR系统由还原剂储槽、多层还原剂喷入装置以及相应的控制系统组成。
SNCR工艺可以方便地在现有装置上进行改装。
因为它不需要催化剂床层,而仅仅需要对还原剂的储存设备和喷射系统加以安装,因而初始投资相对于SCR工艺来说要低得多,操作费用与SCR工艺相当。
一般情况下SNCR可达到60%至70%的NOx还原率,足以满足有关环保要求。
SNCR还原NO的化学反应效率取决于烟气温度,高温下停留时间,含氨化合物即还原剂注入的类型和数量、混合效率以及NOx的含量等等。
3.1
温度对SNCR的还原反应的影响
温度对SNCR的还原反应的影响最大。
当温度高于1000℃时,NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低;
温度低于1000℃以下时,NH3的反应速率下降,还原反应进行得不充分,NOx脱除率下降,同时氨气的逸出量可能也在增加。
3.2
还原剂在最佳温度窗口的停留时间
还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长,则脱除NOx的效果越好。
NH3的停留时间超过1s则可以出现最佳NOx脱除率。
尿素和氨水需要0.3s~0.4s的停留时间以达到有效的脱除NOx的效果。
3.3
SNCR工艺所用的还原剂类型
SNCR工艺所用的两种最基本的还原剂是无水泊液氨和尿素。
为了获得理想的NOx脱除效率,还原剂的用量必须比化学计量的要多。
大多数过量的还原剂分解为氮气和CO2,但是,也有微量的氨和CO会残留在尾气中,造成氨的泄漏问题。
其中氨的泄漏量一般小于2.5×
10-5,比较好的情况下可以小于10-5。
在用尿素作还原剂的情况下,其N2O的生成几率要比用氨作还原剂大得多,这是因为尿素可分解为HNCO,而HNCO又可进一步分解生成为NCO,而NCO可与NO进行反应生成氧化二氮:
在以尿素为还原剂的操作系统中,可能会有高至10%的NOx转变为N2O,不过这可以通过比较精确的操作条件控制而达到削减N2O生成的目的。
另外,如果操作条件未能控制到优化的状态,亦可排放出大量的CO。
为了提高SNCR对NOx的还原效率,降低氨的泄漏量,必须在设计阶段重点考虑以下几个关键的工艺参数:
燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、NOx浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及CO浓度等。
4
总结
SNCR装置简单经济、操作方便、价格低廉,是一种经济实用的NOx还原技术。
SNCR烟气脱硝工艺介绍
一、概述
SNCR是非催化的炉内烟气脱硝技术,80年代中期在国外开始研发成功,至90年代初成功应用于600MW以上大型燃煤机组。
目前SNCR在超过400余座固定装置上得到应用,是仅次于SCR被广泛应用的脱硝技术。
我公司经过多年的自主研发和工程应用现已广泛用于电力、水泥、玻璃、钢铁、化工等行业。
二、SNCR脱硝原理和工艺流程:
1)、SNCR脱硝原理:
把含有NHx基的还原剂(如氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为800℃~1100℃的区域,该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物,随后NH3与烟气中的NOx进行反应而生成N2。
SNCR的脱硝效率为30~60%左右,但是成本较低,因此往往和低氮燃烧器混合使用,也可以和SCR混合使用,从而降低脱硝费用。
选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应,而不与烟气中的氧气发生反应。
主要化学反应如下:
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O
8NH3+6NO2=7N2+12H2O
4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O
2)、SNCR工艺流程:
还原剂(氨水或尿素)用卡车运送,并存放在脱硝系统的还原剂贮存和制备中心;
还原剂通过计量、分配及雾化空气雾化、冷却后,喷入炉膛温度为800℃~1100℃的区域,该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物,随后NH3与烟气中的NOx进行反应而生成N2。
三、SNCR脱硝工艺主要组成:
SNCR脱硝系统主要包括:
还原剂的存贮和制备系统、循环模块、计量模块、分配模块、自动控制系统、还原剂喷射系统。
四、SNCR脱硝工艺特点:
1)不需要价格昂贵的催化剂,反应温度高;
2)装置投资省,占地小,特别适合于老机组的脱硝改造;
3)工艺设备紧凑,运行可靠;
4)还原后的氮气放空,无二次污染;
5)脱硝效率在30~60%左右;
6)可与低氮燃烧和SCR联合使用,具有较强的适应性;
7)还原剂的消耗量较大。
某电厂125MW机组选择性非催化还原脱硝
摘要:
某电厂使用不同质量分数的尿素作为脱硝剂,进行选择性非催化还原(selectivenon2catalyticreduction,SNCR)脱硝试验。
介绍了SNCR脱硝装置的主要组成部分及试验方法,并对试验结果进行对比分析,认为在保证脱硝率的同时,应尽量减小氨逃逸率,以满足环保要求。
关键词:
氮氧化物,控制技术,选择性非催化还原脱硝,燃煤电厂
1 装置简述
SNCR脱硝技术是一种较为成熟的商业性NOx控制处理技术。
SNCR脱硝方法主要是将含氮的药剂在870~1200℃温度区域喷入含NO的燃烧产物中,发生还原反应,脱除NO,生成氮气和水。
SNCR脱硝在实验室试验中可达到90%以上的NO脱除率。
在大型锅炉应用上,短期示范期间能达到75%的脱硝效率,典型的长期现场应用能达到30%~50%的NOx脱除率。
NCR脱硝技术是20世纪70年代中期在日本的一些燃油、燃气电厂开始应用的,80年代末欧盟国家一些燃煤电厂也开始了SNCR脱硝技术的工业应用,美国90年代初开始应用SNCR脱硝技术,目前世界上燃煤电厂SNCR脱硝工艺的总装机容量在2GW以上。
本工程SNCR脱硝系统选用的脱硝剂是尿素。
固体尿素经加水溶解为尿素溶液,再用输送泵送至炉前喷枪。
1.1 尿素溶液输送系统
尿素溶液储罐里的尿素溶液由供液泵输送,供液泵出口处设有稀释水路,根据运行要求将尿素溶液稀释,稀释后的尿素溶液再经不锈钢伴热管送至炉前喷射器(以下简称喷枪),通过不锈钢软管与喷枪连接。
1.2 喷射器布置
锅炉共布置42只喷枪,分3层布置在炉膛燃烧区域上部和炉膛出口处。
前墙和侧墙喷枪分别布置在28.5m、26m、23.5m标高处,后墙喷枪布置在27.3m、25.4m和23.5m标高处。
锅炉高负荷运行时,投运上两层喷枪,低负荷运行时,投运下两层喷枪。
在SNCR脱硝系统投运时,一般投运一层或两层喷枪即可,其余停运喷枪由控制系统控制退出炉膛,以避免喷枪受热损坏。
1.3 炉前喷射设备
喷枪(含喷嘴)采用不锈钢制造,包括喷枪本体、喷嘴座、雾化头、喷嘴罩4部分。
喷枪本体上的尿素溶液进口和雾化蒸汽进口为螺纹连接,通过两根金属软管分别与尿素溶液管路、蒸汽管路连接。
软管后面的尿素溶液管路、蒸汽管路上就近各布置一个球阀。
每只喷枪都配有电动推进器,实现自动推进和推出喷枪的动作。
推进器的位置信号接到SNCR脱硝控制系统上,与开(停)雾化蒸汽和开(停)尿素溶液的阀门动作联动,实现整个SNCR脱硝系统喷枪自动运行。
2 试验方法介绍
本次试验测量的样品包括NOx、O2及NH3。
2.1 NOx和O2的测量
NOx的测量仪器为西门子公司ULTRAMAT23型红外NOx分析仪,O2的测量仪器为M&
CPMA10型O2分析仪。
在每个反应器的测孔上用网格法测量,每孔测3点。
2.2 氨泄漏率的测量
氨泄漏率的测量按照EPAmethodCTM027标准,采样系统如图1所示。
A反应器和B反应器各测量3点。
样品分析仪器为Orion951201型氨电极,使用NH3标准溶液分区间标定。
当NH3质量浓度在0.1~1mg/m3时,用0.1mg/m3和1mg/m3的NH3标准溶液进行标定;
当NH3质量浓度在1~10mg/m3时,使用1mg/m3和10mg/m3的NH3标准溶液进行标定。
用标定好的氨电极对样品进行测量。
3 试验结论
从本次试验可以看出:
脱硝率大于30%,氨逃逸率小于7.6mg/m3。
国外的运行经验表明,随着氨逃逸率的增高,空气预热器清洗间隔时间大大缩短,建议在保证脱硝率的情况下尽量减小氨逃逸率(德国通常控制在1.5mg/m3以下)。
两次试验的结果见表3。
从表3可以看出,尿素质量分数为12%时的各项参数更优。
随着国家颁布实施新的大气排放标准,对电站锅炉的NOx排放已提出要求,SNCR脱硝技术将会得到推广应用,并进一步得到完善。
在某电厂的应用实际说明,在保证脱硝率的同时,应尽量减小氨逃逸率,以满足环保要求,并保证设备的正常稳定运行。
选择性非催化还原法在电站锅炉上的应用
摘要:
对一台HG-410/9.8-YW15型煤粉锅炉,在已进行常规煤粉再燃改造基础上进一步结合了选择性非催化还原(selectivenon-catalyticreduction,SNCR)的改造,即对该锅炉采用了联合Reburning/SNCR技术。
通过实验运行表明:
当仅有再燃投入运行时,NOx可以低于350mg/m3(标准状态6%O2,干烟气);
而当结合了SNCR运行时,NOx则达到了200mg/m3以下,同时尾部氨泄漏小于7.6mg/m3。
低负荷情况下脱硝率较高,对于51%负荷,NO降至160mg/m3,而此时的尾部氨泄漏只有1.14mg/m3。
此外根据负荷的不同,单独SNCR技术在再燃的基础上也实现了38.2%~73.9%的脱硝率。
尾部烟道中的氨分布呈现出前墙高于后墙的现象。
SNCR的投运对飞灰含碳量、排烟温度及CO排放等几乎没有影响,但会造成尾部排烟量的增加,即对锅炉效率造成了约0.5%的损失。
关键词:
选择性非催化还原,再燃,尿素,NOx,氨
锅炉简介
锅炉系HG-410/9.8-YW15型,采用中间仓储式制粉系统,热风送粉,四角切圆燃烧。
炉膛截面为9.98m×
9.98m的正方形,炉膛总标高39m。
锅炉燃用神华煤与准格尔煤的混煤。
锅炉原始NOx排放根据负荷的不同在510~750mg/m3左右。
浙江大学对该锅炉进行常规煤粉再燃技术的改造后,在各个负荷下NOx排放均能达到350mg/m3以下,同时分别在满负荷及70%负荷条件下达到了51%和57%的最高脱硝效果。
但要达到200mg/m3以下的排放标准,单独靠再燃技术很难实现,因此浙江大学采用了在再燃的基础上进一步对该锅炉进行SNCR的技术改造,即在该锅炉上实施联合Reburning/SNCR技术。
SNCR机理及系统简介
2.1
SNCR机理
喷射尿素溶液的选择性非催化还原(SNCR)技术,在国外简称NOxOUT,是将一定浓度的尿素溶液喷入锅炉合适的温度区域即所谓的温度窗口中,与烟气进行混合。
尿素受热分解为氨气、异氰酸等物质,这些物质再与烟气中的NOx主要通过式
(1)~(3)反应而生成氮气与水。
SNCR整套系统根据各自功能的不同主要可以分为配药/稀释子系统及炉前喷射子系统两大部分,各自的介绍如下。
2.2
SNCR配药/稀释子系统
SNCR的配药/稀释子系统详见图1。
袋装尿素由叉车搬运倒入溶解池中,同时向溶解池中注入热水使尿素溶解。
待尿素溶解完全后,通过尿素溶液输送泵将尿素溶液输送至尿素溶液储罐储存。
当系统投运时,通过尿素溶液给料泵以一定流量输送尿素溶液至混合器处并经由稀释水泵输送过来的稀释水稀释后送往炉前喷射系统。
2.3
炉前喷射子系统
锅炉SNCR炉前喷射子系统的结构如图2所示。
炉前喷射系统共分为上下4层,从下到上依次标记为第1喷射层、第2喷射层、第3喷射层、第4喷射层。
每一喷射层均由尿素溶液、雾化蒸汽两路管道以及若干支喷枪组成。
其中第1、2、3层,有单层喷枪14支;
第4层有单层喷枪7支。
每一层喷枪的布置位置均在炉膛折焰角附近。
结论
在410t/h锅炉上进行SNCR技术改造并结合已实施的再燃技术,NOx排放在各个负荷下均能达到200mg/m3以下的要求,同时氨泄漏小于7.6mg/m3。
(1)根据负荷的不同,在较低下联合Reburning/SNCR技术可获得64.7%~78.6%的脱硝效果。
在51%负荷下通过增大到1.7获得了高达89.0%的脱硝率。
(2)低负荷条件相对高负荷条件更易获得较高脱硝率并保持较低的氨泄漏量,可能是由于低负荷条件下炉内烟气流速相对较低,还原剂在炉内的混合较好及停留时间较长等造成的。
(3)由于炉膛内喷枪布置及锅炉结构的关系,使得同一层喷射的还原剂在炉内的停留时间等不一致,因而在尾部烟道氨气测量截面中靠尾部前墙的烟气中氨含量要较靠尾部后墙的大一些。
(4)SNCR的投运对飞灰含碳量、排烟温度及尾部CO排放并没有显著影响,即其对燃烧的影响是较小的。
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