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浅谈SCR和SNCR在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用

2017-08-09信息来源 : 科技资讯
  SCR和SNCR是目前锅炉脱硝采用的主要工艺,各自具有其优缺点。SCR脱硝效率高,但是结构复杂,建设及运行费用较高,对锅炉空气预热器有影响,且环境风险较大;SNCR结构简单,建设及后期费用较低,但是脱硝效率低。分析比较了SCR和SNCR的原理和优缺点,给出在实际环评工作及环境管理中如何选择的建议。应结合项目实际情况综合考虑其投资、工程量、脱硝效率、操作可行性等因素,不能以偏概全的只追求脱硝效率或者只追求节省投资,而忽略了脱硝工程的可行性及稳定性。
 

 
  近几年,随着国民经济的飞速发展,人民群众对于环境保护的认识不断提高,环境保护工作逐渐被推上了舆论的风口浪尖。特别是近年愈演愈烈的大气雾霾关注,将群众对环境空气的污染治理视为重中之重。
 
  而在各种环境空气污染源中,燃煤锅炉扮演了重要角色,燃煤燃烧过程会产生SO2、NOX和烟尘等污染物,在锅炉烟气的治理研究方面,SO2和烟尘起步较早,目前也已经发展的较为成熟完善。而NOX治理起步相对较晚,目前采取的治理工艺通常为炉内控制+炉外脱硝处理。
 
  炉内控制方法相对单一,通常采用低氮燃烧的方式,其原理是改变传统的锅炉燃烧方式,包括降低锅炉燃烧温度、降低氧浓度、炉膛内设立再燃区等,一般在锅炉安装时由锅炉制造厂家一并设计提供。但是低氮燃烧方式脱氮效率较低,绝大多数锅炉生产厂家提供的低氮燃烧技术通常只能将NOX浓度控制在300mg/Nm3(以NO2计)以内。
 
  而目前国家关于燃煤锅炉NOX控制标准愈加严格,部分省份也出台了更加严格的排放标准,如《山东省火电厂大气污染物排放标准》(DB37/664-2013)中就规定,重点控制地区燃煤锅炉NOX排放标准为100mg/Nm3,这就要求对锅炉烟气进行炉外脱硝,也就是加装烟气净化装置,通常采用的脱硝方式有SCR和SNCR。
 
  但是如何选择往往成为环境影响评价及环境管理工作中一个难题。下面该研究者将结合多年的环保工作经验,对SCR和SNCR各自的工艺原理、优缺点进行分析比较,以供参考。
 
  1SCR原理及特点
 
  1.1工艺原理
 
  SCR,全称Selective Catalytic Reduction,选择性催化还原法脱硝技术,是目前国际上广泛应用的烟气脱硝技术,国内外很多大型燃煤电厂基本都应用此技术。其反应原理为:向温度约280——420℃的烟气中喷入NH3,NH3与烟气均匀混合后一起通过一个填充了催化剂(如V2O5-TiO2)的反应器,在催化剂作用下,将NOX还原成无害的N2和H2O。
 
  其中反应(3)、(4)是主要反应,因为NO化学性质不稳定,极易被O2转化为NO2,这也是NOX浓度通常以NO2计的主要原因。
 
  1.2工艺特点
 
  该方法有优缺点如下:
 
  1.2.1优点
 
  (1)脱硝效率高,通常可达70%——90%,甚至有的厂家可达到95%。
 
  (2)由于催化剂的作用,其反应温度较低,通常280——420℃可达最佳反应温度。
 
  1.2.2缺点
 
  (1)既然是催化还原,必然需要使用催化剂,催化剂长时间使用会由于烟气中的微量杂质(如碱金属杂质钾)覆盖表面而失去活性,因此一般三年左右换一次,运行费用高①。
 
  (2)由于催化剂的存在,反应中易发生副反应,将SO2与NH3反应生成NH4HSO4,反应方程式如下:
 
  2SO2+2NH3+2H2O+O2――2NH4HSO4
 
  NH4HSO4很容易对空气预热器进行粘污,对空气预热器影响很大,需定期维护空气预热器②。
 
  (3)需要单独建设催化反应器,占地面积达,工程结构复杂,投资高。
 
  (4)需要使用纯NH3作为还原剂,纯NH3获取方法常见有两种,一种是配套建设尿素制NH3装置,工艺安全性较好,但是工艺复杂③;另外一种是直接购买纯液氨。前者另外单独建设一套装置,工艺复杂,投资较大;后者来源简单,只需配套一个液氨储罐,但是液氨属于危险化学品,存在较大的环境风险。
 
  2SCR原理及特点
 
  2.1工艺原理
 
  SNCR,全称SelectiveNon-CatalyticReduction,选择性非催化还原法脱硝技术,是另外一种广泛应用的锅炉烟气脱硝技术。其反应原理为:在无催化剂的作用下,在温度为850℃——1100℃的范围内,向烟气中喷入还原剂将烟气中NOX的还原为无害的N2和H2O。还原剂常见的氨水、尿素等。
 
  2.2工艺特点
 
  该方法有优缺点如下:
 
  2.2.1优点
 
  (1)系统简单,不需要催化剂,不需要建设单独的催化反应器,无催化剂损耗,运行费用低。
 
  (2)不存在SO2与NH3反应生成NH4HSO4的转化,对锅炉设备损害较小,易于维护。
 
  (3)可以采用氨水或者尿素为还原剂,相对于以纯NH3作为还原剂的SCR,其系统相对简单,环境风险小。
 
  (4)投资低,占地面积小,改造方便。
 
  2.2.2缺点
 
  (1)脱硝效率低,通常为30%——60%,好一点的可以达到70%。
 
  (2)由于不使用催化剂,其反应过程对于温度要求较高(850℃——1100℃),不利于炉内低氮燃烧技术的使用。同时对于烟气流速要求不宜过大,过大会导致接触时间短,效率降低。
 
  综上所述,可以将SCR和SNCR各自特点比较如表1所示。
 
  3案例分析
 
  鉴于SCR和SNCR的优缺点比较,在实际的环境影响评价和环境管理中,笔者建议根据项目实际情况决定选择何种脱硝工艺。举个实际案例说明。
 
  山东东部某地一大型燃煤热电厂,建厂较早,除发电外还承担着该城市的工业用汽和城市供暖任务。由于新的排放标准的执行,现有的燃煤锅炉已经无法满足NOX排放标准,因此决定进行脱硝改造。
 
  改造之初,企业优先想采用处理效率较高的SCR,但是由于建厂较早,厂区位于现状城市建成区内,周边人口密集,用地较为紧张,厂区可用空间有限,改造较为困难;同时考虑到如果采用SCR工艺,以液氨为还原剂,需要建设20m3的液氨储罐,而根据《危险化学品重大危险源识别》(GB182182009),液氨临界量为10t,届时会构成重大危险源,环境风险要求较高。
 
  因此经过环评分析论证,最终采用更加符合实际改造条件的SNCR工艺,同时对锅炉燃烧方式进行改造,采取比较高效的低氮燃烧方式,控制NOX的产生浓度,同时加强运行管理,控制SNCR的处理效率,最终达到《山东省火电厂大气污染物排放标准》(DB37/664-2013)中规定的重点控制地区燃煤锅炉NOX100mg/Nm3排放标准要求。
 
  对于新建项目或者条件允许的其他项目,该研究者建议还是优先推荐选用SCR脱硝工艺或者SCR+SNCR的联合脱硝工艺。毕竟SNCR工艺脱硝效率低,稳定达标可靠性较低,建成后对于日常环境管理压力较大。最终具体该选用何种脱硝工艺,还是得根据项目实际情况考虑确定。
 
  4结语
 
  在实际选择脱硝工艺时,应结合项目实际情况综合考虑其投资、工程量、脱硝效率、操作可行性等因素,不能以偏概全的只追求脱硝效率或者只追求节省投资,而忽略了脱硝工程的可行性及稳定性。更多环保技术,请关注第一环保网(www.d1ep.com)。