循环流化床锅炉烟气脱硝工艺研究

引言

改革开放以来,我国工业化水平不断提高,无论是轻工业还是重工业都得到了长足发展。煤炭作为第一大能源,也是一种不可再生能源,在我国工业发展中起到了重要作用,虽然目前太阳能等清洁能源的使用比例不断增加,但是煤炭仍旧占据很大比例。锅炉是各类企业中必不可少的能量转换器,随着人们环保意识的逐渐增强,锅炉也不断得到改进,逐渐向节能型、环保型方向发展。锅炉排放的尾气主要以氮氧化物和硫氧化物为主,这些物质会污染空气,以酸雨的形式重新回到地表,不仅酸化土壤,腐蚀建筑物,还影响人们的健康。因此,政府相关部门对锅炉烟气中氮氧化物的排放检查也日渐严格。

1锅炉烟气中氮氧化物和硫氧化物的脱除原理

大气污染问题在近些年受到了全世界人们的关注,每年各个国家都会投入巨大的经费用于大气治理。锅炉燃烧过程中会产生大量的烟气,这些烟气中的主要成分为硫氧化物和氮氧化物。越来越多的科研工作者致力于研究锅炉烟气中硫氧化物和氮氧化物的脱除。锅炉烟气中氮氧化物和硫氧化物的脱除原理是利用还原剂的还原性,将氮氧化物和硫氧化物进行还原,降解成氮气和水等对环境无危害的物质。

2循环流化床锅炉烟气脱硝工艺

2.1选择性催化还原工艺

循环流化床锅炉的主要特点之一是燃料的多样性,这也导致了锅炉烟气中的氮氧化物含量不同,当锅炉烟气中的氮氧化物含量较高时,应该用选择性催化还原的方式进行烟气的脱硝处理,该处理方式脱除率较高,在工业上应用也比较广泛。

选择性催化还原脱硝的工作原理是在还原催化剂的催化作用下,氨气与烟气中的氮氧化物选择性进行氧化还原反应,生成对大气没有污染的水和氮气,达到烟气脱硝的目的。该选择性催化还原脱硝工艺的优点是对锅炉烟气中的氮氧化物的脱除效率较高,可达到90%以上,工艺简单,操作简便,技术相对成熟,是目前应用最广泛的脱硝工艺技术。但也存在许多缺点,主要是运行成本高,设备维护和维修费用较高,在一定程度上限制了其在循环流化床锅炉中的应用。

2.2选择性非催化还原工艺

选择性非催化还原工艺与选择性催化还原工艺的主要区别是还原过程中是否加入了催化剂,催化剂的加入在一定程度上加快了反应进程,但是也对反应的选择性提出了更高的要求。选择性非催化还原脱硝工艺的原理是将NHx基加入到800~1000℃的锅炉内,首先还原剂自身进行分解,降解出氨气再与烟气中的氮氧化物在高温下进行氧化还原反应,生成水和氮气,之后排放到大气中。

选择性非催化还原脱硝工艺在工业锅炉中的应用也较为广泛,主要是由于其运行成本比选择性催化还原工艺低,当锅炉烟气中的氮氧化物含量不高时,适合选择该脱硝工艺,虽然选择性非催化还原工艺的脱除率在50%以下,但是完全符合国家排放标准要求。

3脱硝工艺在循环流化床锅炉中的应用

按照脱硝工艺方式分类,锅炉烟气脱硝工艺可分为湿法工艺和干法工艺,湿法工艺主要包括微生物吸收法、稀硝酸吸收法和活性炭吸附法,由于湿法工艺脱除效果不佳,因此该方法在工业上的应用并不广泛。干法脱硝工艺由于脱除效果好,操作简单,在工业上的应用较为广泛,其中比较常见的工艺包括SNCR烟气脱硝工艺和SCR烟气脱硝工艺及两者的组合工艺。SCR脱硝工艺是当烟气温度达到300~400℃,向其不断喷入氨气,并在催化剂的催化作用下与氮氧化物发生氧化还原反应,生成对环境无污染的水和氮气。SNCR脱硝工艺是当烟气温度达到900~1000℃,向其不断喷入尿素,与氮氧化物发生氧化还原反应,生成对环境无污染的水和氮气。两者的区别是还原剂的喷入温度不同和是否加入了催化剂,由于SCR脱硝工艺中加入了催化剂,降低了反应的活化能,因此当温度达到300~400℃即可发生氧化还原反应。SNCR脱硝工艺由于没有加入催化剂,只能通过提高反应的温度来增加反应的活化能,促进氧化还原反应的进行。

3.1SCR烟气脱硝工艺在循环流化床锅炉中的应用

循环流化床锅炉烟气中氮氧化物的含量主要取决于燃料的种类,当燃料中氮氧化物的含量多时,其烟气中氮氧化物的含量也会增高:当燃料中氮氧化物的含量较低时,烟气中氮氧化物的含量也会随之降低。SCR脱硝工艺适合烟气中氮氧化物含量较高的烟气,该方法对氮氧化物的脱除效果较好。SCR脱硝工艺系统主要由还原剂制备、还原剂储备系统和其他设备组成,结构简单,运行成本低,适合工业化生产。

3.2SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉中的应用

燃料的种类影响循环流化床烟气中氮氧化物的含量,当烟气中的氮氧化物含量较低时适合应用SNCR脱硝工艺,其脱除效果虽然不如SCR脱硝工艺,但是完全符合国家排放标准。循环流化床锅炉中烟气的温度一般较高,适合应用SNCR脱硝工艺,在高温下发生氧化还原反应,氨气与氮氧化物反

应生成水和氮气,具有选择性,氨气起到还原剂的作用,而不是被氧化。SNCR脱硝工艺的主要优点是设备简单,投资较少,节约能源。

3.3SCR＋SNCR脱硝工艺在循环流化床锅炉中的应用

SCR+SNCR联合脱硝工艺是两种工艺技术的结合,由于锅炉烟气中氮氧化物含量的不确定性和循环流化床锅炉内温度的不稳定性,可将SNCR、SCR两种工艺技术进行结合。SNCR脱硝工艺设备简单,运行成本低,SCR技术脱除效果较好,节能高效,因此将这两种脱硝工艺结合,在循环流化床锅炉内设定两个反应区,首先在高温条件下,喷入氨气作为还原剂与烟气中的氮氧化物发生氧化还原反应,进行第一阶段的SNCR脱氮工艺,对烟气进行初步处理。接下来进入下一个反应区,即SCR反应区,由于存在催化剂,因此反应温度降至300~400℃即可,在该反应区,烟气中未被脱除的氮氧化物将在催化剂作用下与尿素进行下一步反应,生成对环境友好的水和氮气。这两种工艺联合使用大大提高了烟气中氮氧化物的脱除效率,虽然目前应用较少,但是随着科技的进步,一定会发挥出更大的作用。

4结语

循环流化床锅炉是目前应用最广泛的锅炉类型之一,其烟气中含有大量的氮氧化物,这些氮氧化物如果不经处理直接排放到大气中,不仅对环境造成污染,还会威胁人类的身体健康。因此,对循环流化床锅炉烟气中的氮氧化物进行脱硝处理尤为必要。