SNCR脱硝技术的缺陷与解决措施

发布日期:2018-09-21  浏览次数:61
      燃料燃烧过程会产生对环境有害的排放物,尤其是二氧化碳(CO2),二氧化硫(SO2),一氧化氮(NOx)和粉尘。对于烟气脱硝,除了优化空气供应的特殊炉子等前端主要措施外,还采用后端措施,以减量工艺为基础。SNCR脱硝技术是一种重要的脱硝方式,但其自身也存在一些缺陷。通过对这些问题的研究,可以进一步完善SNCR脱硝技术,提高脱硝效果。

1.SNCR脱硝技术

       选择性非催化还原(SNCR)是一种减少传统发电厂燃烧生物质、废物和煤炭的氮氧化物排放的方法。该工艺包括将氨或尿素注入锅炉的燃烧室,在烟气温度介于760和1,090℃(1,400和2,000℉)之间的地方与燃烧过程中形成的氮氧化物反应。所产生的化学氧化还原反应产物是分子氮(N2),二氧化碳(CO2)和水(H2O)。

       尿素(NH2CONH2)比更危险的氨(NH3)更容易处理和储存。在这个过程中,它像氨一样反应:

NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2

减少发生根据(简化)

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O.

       反应机理本身涉及与NO结合然后分解的NH2自由基。

       该反应需要在一定温度范围内,典型地为760和1,090℃(1,400和2,000°F)下有足够的反应时间才能有效。在较低的温度下,NO和氨不反应。没有反应的氨被称为氨逃逸,并且是不希望的,因为氨可以与其他燃烧物质如三氧化硫(SO3)反应形成铵盐。

       在高于1093°C的温度下,氨分解:

4NH3+5O2→4NO+6H2O.

       在这种情况下,NO被创建而不是被删除。

       SNCR脱硝技术使用氨或尿素作为还原剂以在高温下将氮氧化物转化成氮和水。试剂通过喷嘴供给气流,由此必须连续调节剂量以适应当前的NO含量。由于以下几个原因,必须尽量减少称为NH3漏失的未使用量的NH3。另一方面,NH3的量必须足够大才能完全转化氮氧化物。因此,NH3泄漏是非常重要的过程参数,必须仔细监控并具有高可靠性。

2.反硝化过程条件

2.1SNCR脱硝技术的应用

       目前,工业上已知有两种主要类型的脱硝工艺:选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。SCR脱硝装置对于像燃煤电厂这样的大型燃烧工厂是常见的,而SNCR技术通常可以在中小型焚烧厂(如城市垃圾焚烧炉(MWI))中找到。LDS6可以用于优化任何一种技术。

2.2SCR过程

       在SCR过程中,燃烧过程中形成的氮氧化物(NOx)在水中和氮气中被有效地还原为氮。将氨(NH3)或尿素(CO(NH2)2)引入发生还原的非均相催化剂上游的烟道气中。根据烟气中的灰尘量,酸性气体组分的类型和浓度,SCR过程通常在300至400°C的温度范围内运行。由于其转化效率和缓冲能力高,SCR催化剂后的NH3逃逸通常非常低,例如在1ppm或更低的范围内。恒定工艺条件下的滑移增加是催化剂活性降低的精确指标。

2.3SNCR过程

       在SNCR工艺中,通常将氨(NH3)或尿素(CO(NH2)2)引入热燃烧区中的烟道气中,其中NOx的还原是自发进行的。根据所用还原剂的类型,SNCR工艺通常在800至950°C的温度范围内运行。在低于最佳温度的温度下,反应速率太慢,导致NOx的低效率降低和氨泄漏过高。

       在最佳温度以上,氨氧化成NOx的过程变得非常高,并且该过程倾向于产生NOx而不是减少它。由于燃烧过程通常在温度分布和烟道气组成方面显示出快速和显著的变化,因此SNCR脱硝过程的效率强烈依赖于反应区中的温度和NOx分布。在反应区后面的恒定NOx水平下,NH3逃逸是目前反应条件的强烈指标。

3.SNCR脱硝技术的缺陷

       与酸性烟道气组分一起,注入烟道气(或由注入的氨衍生物如尿素形成)的NH3可导致盐形成。主要是硫酸氢铵(ABS)在此过程中造成困难:ABS的熔点为147℃,因此会以表面积聚的液体或固体形式存在。它可能会堵塞部分催化剂,增加压降并导致催化剂失活。

       它也可能堵塞空气预热器(AP),降低其效率;ABS在较低温度下吸湿,吸收气体中的水分时会引起腐蚀;在灰尘颗粒上形成的ABS可能会导致处理有问题的静电除尘器(ESP)料斗出现粘灰。NH3逃逸量决定了ABS的总量,因为在燃烧过程中SO3通常过量。

       SNCR系统对正常运行或异常事件造成的污染和堵塞非常敏感。由于未处理的气体中已知量的污染物,许多SNCR的使用寿命有限。市场上大部分催化剂都是多孔结构。粘土种植罐是SNCR催化剂感觉的一个很好的例子。这种孔隙度使得催化剂具有对NOx还原至关重要的高表面积。但是,这些孔很容易被燃烧/燃料气体中存在的各种化合物堵塞。堵塞污染物的一些例子是:细颗粒物、氨硫化合物、硫酸氢铵(ABS)和硅化合物。

       许多这些污染物可以在设备在线时除去,例如通过吹灰器。该装置也可以在周转期间或通过提高排气温度进行清洁。SNCR性能更令人担忧的是毒物,这会破坏催化剂的化学性质,并使SNCR在NOx还原中无效或引起氨的不需要的氧化(形成更多的NOx)。其中一些毒物包括:卤素、碱金属、砷、磷、锑、铬、铜。

       大多数SNCR需要调整才能正常执行。调整的一部分涉及确保气流中氨的适当分布和通过催化剂的均匀气体速度。如果不进行调整,由于不能有效利用催化剂表面积,SNCR可能会出现无效的NOx还原以及过多的氨逸出。调整的另一个方面涉及确定所有工艺条件下合适的氨气流量。

       通常基于从气流中获取的NOx测量值或来自发动机制造商(在燃气轮机和往复式发动机的情况下)的先前存在的性能曲线来控制氨流量。通常,必须事先知道所有未来的运行条件,以正确设计和调整SNCR系统。

       氨流失是氨通过未反应的SNCR的行业术语。当氨过度注入气流时,温度过低而使氨反应或催化剂降解(见上文)时会发生这种情况。
       
       温度是SNCR的最大限制之一。燃气涡轮机,汽车和柴油发动机在启动期间都会有一段时间,在此期间排气温度太低而不能发生NOx还原。

4.改善SNCR脱硝技术的措施

4.1应用可靠的检测监视系统

       使用可靠的氨气逃逸检测,有助于更换的控制SNCR系统稳定运行,保证设备的稳定性、兼容性、经济性,已达到降低成本的目的。

       LDS6是一款基于二极管激光器的原位气体分析仪,用于直接测量工艺气流中的特定气体成分。LDS6由一个中央单元和最多三对发射机/接收机配置的交叉管道传感器组成。中央单元通过使用光纤与传感器分开。无论环境如何恶劣,分析仪总是可以放置在任何危险区域之外。测量过程不受光谱干扰,实时实现动态过程的促动控制。

       通过以太网实现完整的网络连接可以进行远程维护主要功能包括:原位原理,无气体采样;同时测量三个测量点;运行温度高达1200°C;提供防爆版本(可选)LDS6设计用于许多工业过程中的快速和非侵入式测量。测量元素包括:O2,NH3/H2O,HF/H2O,HCl/H2O,CO/CO2等。

单个LDS6分析仪能够同时监测多达三个测量点的NH3泄漏。一个传感器对用于在催化剂或高温反应区之后直接就地控制氨浓度。由于LDS6可以实时提供NH3浓度数据,所以可以非常快速地控制NH3泄漏-完全避免过量使用的运行时间。另一个重要的测量点是直接在烟囱中进行排放监测。在这里,观察到NH3的最终排放并因此观察到总氮排放。

LDS脱硝控制具有六大优势:

(1)性能。LDS脱硝控制比其他控制仪器(例如FT-IR)更快的调节,因此是最有效的优化。原位方法允许代表性的NH3测量,无副作用或交叉干扰。

(2)方便。通过使用光缆可将中央单元放置在距测量点数百米的控制室中。一个中央单元可以同时处理三个测量点。在现场不需要校准。

(3)稳健性。测量点处的传感器对包含最少的电气和光学组件,以确保最高的可靠性和可用性。在连续运行数月后,剩余的维护工作将减少到传感器窗户的清洁。清洁后不需要光学调整。

(4)多功能性。LDS6可以选择测量原位烟气中的水蒸气浓度,并与NH3逃逸量平行。这个附加信息对于比在例如压降下更早和更早地检测锅炉蒸汽管道中的泄漏是有用的。此外,在干燥气体条件下测量烟囱中萃取分析仪(例如,作为CEM系统的一部分)的结果中体积误差的补偿成为可能。

4.2测量条件

       通过改善SCR或SNCR脱硝装置中NH3逃逸测量的典型测量条件,可以改善SNCR技术。如果典型值的范围保持不变,MLFB代码可用于订购分析仪。在其他情况下,请使用给定的联系地址进行技术说明。用户列表可用于不同的应用领域。用户受益通过控制NH3逃逸优化SCR过程意味着:最大限度地减少技术缺陷,优化维护周期,降低劣化和更换成本;减少总氮(NH3和NOx)排放。优化的过程输入是最小化排放的基础。

4.3优化SNCR流程

       通过控制NH3逃逸方式:减少氨或尿素的消耗量,同时保持NOx和NH3的平衡值;稳定过程并避免峰值排放;尽量减少技术缺陷,提高脱硝效率合理水平的NH3逃逸;减少总氮-NH3和NOx-排放。优化的过程输入是最小化排放的基础。

5.结语

       随着工业生产的环境和效率要求不断提高,SNCR脱硝技术的应用也日益广泛。但其自身存在的一些缺陷却限制了其功能的发挥。本文对SNCR脱硝技术的常见缺陷进行了总结和分析,并提出了相应的解决对策。


来源:基层建设