化工人必备干货—烟气脱硝技术方案的对比及其介绍

1．NOx的生成机理
NOx生成机理主要有燃料型、热力型及快速型三种。燃料型NOx约占总NOx的80-90%；其次是热力型，主要是由于炉内局部高温造成，也可采用适当措施加时控制；快速型NOx生成量很少。
（1）燃料型NOx
燃料型NOx是由化学地结合在燃料中的杂环氮化物热分解，并与氧化合而生成的NOx，其生成量与燃料中氮的含量有很大关系，当燃烧中氮的含量超过0.1％时，结合在燃料的氮转化为NOx的量占主要地位，如煤的含氮量一般为0.5——2.5％；燃料NOx的形成可占生成总量的60％以上，燃料氮转化为NOx量主要取决于空气过剩系数，空气过剩系数降低，NOx的生成量也降低，这是因为在缺氧状态下，燃料中挥发出来的氮与碳、氢竞争不足的氧，由于氮缺乏竞争能力，而减少了NOx的形成。
（2）热力型NOx
热力型NOx的生成机理是高温下空气的N2氧化形成NO，其主成速度与燃烧温度有很大关系，当燃烧温度低于1400℃时热力NOx生成速度较慢，当温度高于1400℃反应明显加快，根据阿累尼乌斯定律，反应速度按指数规律增加。这说明，在实际炉内温度分别不均匀的情况下，局部高温的地方会生成很多的NOx，并会对整个炉内的NOx生成量起决定性影响。热力NOx的生成量则与空气过剩系数有很大关系，氧浓度增加，NOx生成量也增加。当出现15％的过量空气时，NOx生成量达到最大，当过量空气超过15％时，由于燃料被稀释，燃烧温度下降，反而会导致NOx生成减少。热力NOx的生成还与烟气在高温区的停留时间有关，停留时间越长，NOx越多，这是因为在炉膛燃烧温度下，NOx的生成反应还未达到平衡，因而NOx的生成量将随烟气在高温区的停留时间增长而增加。
（3）快速型NOx
快速NOx是1971年Fenimore根据碳氢燃料预混火焰的轴向NOx分布实验结果提出的，是燃料在燃烧过程中碳氢化合物分解的中间产物N2反应生成的氮氧化合物，其生成速度极快，主要在火焰面上形成，且生成量较小，一般在5％以下，其主要反应如下：在温度低于2000K（1727℃）时，NOx主成主要通过CH-N2反应，在不含氮的碳氢燃料低温燃烧时，需重点考虑快速NOx的生成。
烟气脱硝主要工艺
在烟气净化技术上控制NOx排放，目前主要方法有选择性非催化还原SNCR、选择性催化还原SCR、低氮燃烧技术和电子束照射法、臭氧氧化法、吸附法、氧化吸收法等。其中，选择性非催化还原SNCR、选择性催化还原SCR，低氮燃烧，臭氧氧化法等技术已商业化。
脱硝工艺选择原则
烟气脱硝技术繁多，对于脱硝工艺的选择，一般遵循以下一个原则：
(1)NOx排放浓度、排放量均能满足国家、当地有关部门的环保排放标准要求。
(2)技术成熟，运行可靠，有良好的运行业绩。
(3)脱硝剂有可靠稳定的来源，贮存输送方便、安全，质优价廉。
(4)能源消耗少，资源消耗少，运行费用低。
(5)脱硝过程不对环境产生二次污染。
(6)工艺系统对煤种适应性强，能够适应燃煤含氮量在一定范围内的变化。
(7)脱硝装置工艺简单，布置合理，占地面积小，对电厂原有各系统影响小。
(8)脱硝的主要装置和设备为国产化或能逐步实现国产化。
电子束法、吸附法、在国内的应用业绩很少，SNCR、SCR、和低氮燃烧，目前国内主流的电厂应用较多的脱销方法，臭氧氧化法为国外输入的新型脱硝工艺，目前已在多家石化企业投入运行。
下表详细比较了SNCR、SCR、臭氧氧化法和低氮燃烧这四种较为常见的烟气脱硝方法。
低氮燃烧技术初投资少，运行成本几乎为零，改造施工周期短，不需要对锅炉做较大的改动，对锅炉运行影响较小，但脱硝效率较低，只采用单一低氮燃烧技术难以保证达标排放，需与其他炉后脱硝配合实施。
SCR投资和运行费用较高；需要对锅炉尾部受热面做一定改造，增加引风机压头1000Pa左右，对锅炉运行的影响大，动改量大，改造难度大，系统复杂；除脱硝剂运行耗费外，还需考虑催化剂更换费用。但其技术成熟，脱硝效率高，，最高可达90%，目前大多数大型煤粉发电锅炉均采用SCR脱硝。
SNCR脱硝系统简单，动改量少，但脱硝效率较低，且对反应温度要求较高，难以适应锅炉负荷变化，对于煤粉锅炉脱硝效率很难保证，难以保证达标排放。
臭氧氧化法为新型技术，国外使用较多，目前在国内应用呈上升趋势，已在中石化、中石油、中国化工等多家企业中使用，具有改造方便、运行灵活、不需对锅炉改造、不影响锅炉运行等特点，与铵法脱硫配合还可提高化肥产量及品质，但运行电耗高，受氧气源制约，尚无国内燃煤电厂应用业绩。