檢測認證人脈交流通訊錄
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電力行業處理_環保污染處理_電力脫硝處理_力皇供
1、電力行業
1.1行業背景
近年來，工業化、城市化、市場化的快速發展對電力的需求急劇膨脹，極大的刺激了電力行業投資規模的擴張，在以火電為主的發電結構下，決定了電力行業是高能耗、高污染的行業。2001年以來，電力行業一直是重污染性污染行業。
據不完全統計，我國火電發電設備容量累計達8.4億千瓦，占同期全國總裝機容量的72%，較往年略有下降；水電和核電發電設備容量占同期總裝機容量的21%，基本與往年同期持平。火電在新增產能中開始弱化，在存量產能中的主導地位依然牢固。
在火力發電機組中，主要可劃分為燃煤型機組和燃氣機組。燃煤機組產生的污染屬于典型的煤煙型污染，以煙塵和酸雨的危害，主要污染物有煙塵、硫氧化物(so2、so3)、氮氧化物（nox）、二氧化碳、微量重金屬等；針對燃氣機組主要且首要污染物為氮氧化物（nox）。
煤炭作為我國現行主要能源結構之一，約占總能源60%。六大發電集團的日均耗煤量也持續走高；電煤消耗攀升導致了火電廠污染排放負荷加大，為了實現排污總量控制或者排污消減，環保政策嚴格化、排放標準執行低標準；一些地區正在推行燃氣機組替代燃煤機組，但是受燃氣機組上網電價和供熱價格均高于燃煤機組加重了發電企業和地方的負擔；天然氣供需矛盾的日益加劇等因素影響將導致燃氣機組運營面臨的風險加大。
1.2環保政策及排放標準
2011年環保部頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》（gb13223-2011）,2012年實施；2014年7月1日起，現有所有的火力發電鍋爐及機組均執行表1標準；重點地區執行表2標準；詳見下頁表1、表2；根據目前現有環保政策及大氣污染現狀，環保標準日益嚴格，為適應未來新的環保要求，很多地區和企業不在是執行地區或者重點地區的環保標準；而是提出了“超低排放”、甚至“超超低排放”；
二、脫硝工藝
針對目前應用成熟、且運行穩定的主流脫硝工藝分為：
①sncr-選擇非催化還原技術
②scr -選擇性催化還原技術
③sncr+scr聯合脫硝技術
④強氧化脫硝
各脫硝工藝對比：
項目 scr sncr sncr+scr 強氧化脫硝
還原劑 nh3或尿素 nh3或尿素 nh3或尿素 臭氧、次氯酸、次氯酸鈉等強氧化劑
反應溫度 250~420℃ 850~1150℃ 前段：850~1150℃，后段：250~420℃ 120~150℃
催化劑 tio2，v2o5，wo3 不使用催化劑 后段加裝少量tio2，v2o5，wo3 不使用催化劑
脫硝效率 70~90% 30~70% 40~80% 30~80%
反應劑噴射位置 多選擇省煤器與scr反應器間的煙道內 通常在爐膛內噴射 綜合sncr和scr 煙道出口
nh3逃逸 小于3ppm 5~8ppm 小于5ppm 無
so2/so3氧化 會導致so2/so3氧化 不導致so2/so3氧化 so2/so3氧化較scr低 會導致so2/so3氧化
對空氣預熱器影響 催化劑中的v、mn、fe等多種金屬會對so2的氧化起催化作用，so2/so3氧化率較高， nh3與so3易形成nh4hso4而造成堵塞或腐蝕 不會因催化劑導致so2/so3的氧化，造成堵塞或腐蝕的概率低于scr和混合sncr-scr so2/so3氧化率較scr低，造成堵塞或腐蝕的概率較scr低 因為在空預器后方，故對空預器無影響
系統壓力損失 催化劑會造成較大的壓力損失沒有壓力損失 催化劑用量較scr少，產生的壓力損失相對較小主要壓力損失來源于煙道部分
燃料的影響 高灰分會磨耗催化劑，堿金屬氧化物會使催化劑鈍化 無影響 與scr相同 無影響
鍋爐的影響 受省煤器出口煙氣溫度的影響 受爐膛內煙氣流速、溫度分布及nox分布影響 綜合sncr和scr 無影響
占地空間 大（需增加大型催化劑反應器和供氨或尿素系統） 小（鍋爐無需增加催化劑反應器） 較小（需增加小型催化劑反應器） 較小，常與濕法脫硫一起應用
1、sncr脫硝工藝技術簡介
1.1 sncr脫硝原理
sncr技術，即選擇性非催化還原技術，它是目前主流的煙氣脫硝技術之一。在爐膛850~1150℃這一溫度范圍內、無催化劑作用下，nh3或尿素等還原劑可選擇性地還原煙氣中的nox，基本上不與煙氣中的o2作用，據此發展了sncr煙氣脫硝技術。在850~1150℃范圍內，nh3或氨水還原nox的主要反應為：
nh3為還原劑
4no + 4nh3 + o2 → 4n2 + 6h2o
4no2 + 2nh3 + o2 → 3n2 + 6h2o
尿素為還原劑
6 co(nh2)2+8 no2+o2→10 n2+6 co2+12 h2o
1.2 sncr脫硝還原劑的選擇
用于 sncr脫硝工藝中常使用的還原劑有氨水、液氨和尿素溶液。若還原劑使用液氨，優點是脫硝系統儲罐容積可以較小，還原劑價格；缺點是氨氣有毒、可燃、可爆，儲存的安全防護要求高，需要經相關消防安全部門審批才能大量儲存、使用；另外，輸送管道也需特別處理；需要配合能量很高的輸送氣才能取得一定的穿透效果，一般應用在尺寸較小的鍋爐或焚燒爐，不推薦使用。若還原劑使用氨水，氨水有刺激性氣味，揮發性和腐蝕性強，有一定的操作安全要求，但儲存、處理比液氨簡單；由于含有大量的稀釋水，儲存、輸送系統比氨系統要復雜；氨水噴射性能，穿透能力比氣氨好，但其揮發性比尿素溶液大，應用在墻式噴射器的時候仍然難以深入到大型爐膛的深部，因此一般應用在中小型鍋爐上。還原劑采用尿素溶液，尿素溶液不易燃燒，無色無味，運輸、儲存、使用比較簡單安全；揮發性比氨水小，在爐膛中的穿透性好；由于固體尿素溶于水是一個吸熱反應并且在一定溫度下尿素將結晶析出，故此必須保持溶解罐、儲罐及管道系統內尿素溶液在一定溫度范圍內以防止尿素的結晶析出。因此尿素為還原劑的建設投資和運行費用較氨水脫硝大。
還原劑 優點 缺點 選用建議
液氨 還原劑和蒸發成本低；體積小。 為了防止液氨溢出污染，需要較高的安全管理投資；風險較大。 新建電廠，若液氨貯存場地滿足相關的安全標準、規范要求，并取得危險化學品管理許可，可以使用。
氨水 采用20%—25%氨水在存儲時并無特別要求，液體溢出后，擴散范圍較液氨小；濃度范圍較易控制。 氨水脫硝對sncr整體制造工藝要求較高，氨水作為化學劑都要設計溢流及緊急泄露處理裝置。 一般煤化工企業使用較多，企業可以根據鍋爐工況直接配置還原劑濃度，從而節省的軟水的消耗。脫硝效率高、反應溫度窗口叫尿素低，范圍稍廣
尿素
溶液 沒有溢出危險。設備占地面積小；對周圍環境要求較低； 還原劑制備相對于氨水脫硝要復雜，系統設備投資大，還原劑成本高。 在人口密度高，或特別強調安全的情況下，推薦使用。
1.3 sncr脫硝技術的優點
（1） sncr 脫硝技術不使用催化劑，運行成本低，有很大的經濟優勢。
（2） sncr 脫硝建設周期短，基建投資少。
（3） 由其反應機理，比較適合于現有機組中小型電廠改造項目。
（4） 此法的脫硝效率約為40%-70%，尤其適用循環流化床鍋爐煙氣脫硝。
（5） sncr 技術是已投入商業運行的比較成熟的煙氣脫硝技術。
（6） 現代更有效的霧化控制模式、更精確的nox 測量技術可更好地控制脫硝劑的噴入劑量和混合程度，使其可獲得高穩定的脫硝效率。
2.scr脫硝工藝
2.1scr系統工藝說明
在眾多的脫硝技術中，選擇性催化還原法(scr)是脫硝效率，相當為成熟的脫硝技術，目前已成為國內外電站脫硝應用的主流技術。
scr技術是還原劑(nh3、尿素)在催化劑作用下，選擇性地與nox反應生成n2和h2o，而不是被o2所氧化，故稱為“選擇性”。主要反應如下：
no+no2＋2nh3→2n2+3h2o
4no +4nh3＋o2→4n2+6h2o
對于scr工藝，選擇的還原劑有尿素、氨水和純氨。尿素法是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解，然后將溶液泵送到熱解爐中，在高溫的條件下尿素與水反應生成氨氣；氨水法，是將25％的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發，形成氨氣和水蒸汽；純氨法是將液氨在蒸發槽中加熱成氨氣，然后與稀釋風機的空氣混合成氨氣體積含量為5％的混合氣體后送入煙氣系統。
2.2scr工藝影響因素
在scr系統設計中，相當重要的運行參數是煙氣溫度、煙氣流速、氧氣濃度、so3濃度、水蒸汽濃度、鈍化影響和氨逃逸等。
煙氣溫度是選擇催化劑的重要運行參數，催化反應只能在一定的溫度范圍內進行，同時存在催化的溫度，這是每種催化劑特有的性質，因此煙氣溫度直接影響反應的進程；如本工程選擇的催化劑，可在煙溫300～400℃之間運行，低于低限溫度或高于高限溫度運行，催化劑就都會失活。
煙氣流速直接影響 nh3與 nox的混合程度，需要設計合理的流速以保證 nh3與 nox充分混合使反應充分進行，流速的選擇應避免煙灰在催化劑上的積累，并且要避免對催化劑的磨損，對于燃煤機組高塵布置的情況。
反應需要氧氣的參與，當氧濃度增加催化劑性能提高，直到達到漸近值。
氨逃逸是影響scr系統運行的另一個重要參數，實際生產中通常是多于理論量的氨被噴射進入系統，反應后在煙氣下游多余的氨稱為氨逃逸，nox脫除效率隨著氨逃逸量的增加而增加，在某一個氨逃逸量后達到一個漸進值；一般要求氨逃逸不大于3ppm。
2.3scr工藝催化劑的選擇
scr 系統中的重要組成部分是催化劑，各種催化劑活性成分均為wo3和v2o5。當前流行的成熟催化劑有蜂窩式、波紋狀和平板式等。平板式催化劑一般是以不銹鋼金屬網格為基材負載上含有活性成份的載體壓制而成；蜂窩式催化劑一般是把載體和活性成份混合物整體擠壓成型；波紋狀催化劑外形如起伏的波紋，從而形成小孔。
催化劑的比表面積是單位體積的催化劑的幾何表面積。蜂窩式催化劑的比表面積比板式催化劑大。由于脫硝反應是氣相反應，需要大量的反應面積。在同樣的煙氣條件下，比表面積大就表示所需要的催化劑體積量少，反應器尺寸和相應的鋼結構也較小。但蜂窩催化劑的單位價格較高，盡管體積數較小，總投資仍然較高。
蜂窩式催化劑的相鄰蜂窩孔隙的中心距，即節距。節距的大小取決于煙氣中的含塵量。高粉塵含量時選擇大節距的結構，以減少催化劑被粉塵堵塞的發生。由于制造工藝的原因，蜂窩式催化劑可以在不改變催化劑外部尺寸的情況下，較容易地改變節距，適應不同的應用場合。但由于蜂窩催化劑與煙氣接觸的邊界較多，因而比板式催化劑更容易堵塞。
板式催化劑是以不銹鋼金屬網作為中心支撐體，再在外面覆蓋上催化劑活性成分。蜂窩形催化劑是以催化劑活性成分與承載材料混合壓制而成的。所以板式催化劑的強度比蜂窩式催化劑高。這樣板式催化劑抗煙氣中的灰粒子的沖刷能力較強。對于蜂窩催化劑，在催化劑入口后區段內，煙氣形成層流，磨損較小，可以忽略。同時越接近催化劑的壁面，煙氣的速度越低，磨損越輕。所以，可以在催化劑入口部分加以硬化處理以提供更進一步的保護，抗磨能力可大大提高。但這樣處理會提高相當程度的造價。
3.sncr+scr聯合脫硝技術
sncr+scr聯合脫硝技術，即融合了sncr、scr混合工藝，分二段進行；scr工藝段還原劑的來源于前段sncr噴射的氨水/尿素溶液；通過前段sncr爐膛脫硝，減輕后面scr催化劑脫硝反應負荷，同時利用前段沒有參與反應/逃逸的***在催化劑的作用下，完成還原反應，降低反應氨逃逸，減少單純scr反應所需催化劑的使用量。
4.強氧化劑脫硝技術介紹
強氧化劑脫硝是一種低溫氧化技術，強氧化劑脫氮氧化物系統以高階氮氧化物優良的溶解性和酸堿中和反應為基礎。典型燃煤鍋爐燃燒過程中產生的nox主要組成為：約95％no和5％no2。no不容易溶于水，同時也不和堿性物質反應，而no2是相對易溶于水，同時可以和吸收反應中的堿性物產生中和反應生成鹽，可以很容易的溶解在水中形成硝酸。強氧化劑脫硝系統采用強氧化劑作為脫硝的反應物，把強氧化劑通過噴氧格柵均勻的注入煙氣中，把不溶性的氮氧化物（no）轉變成為水溶性氮氧化合物no2或n2o3，或n2o5，n2o5高度可溶性，并迅速與煙氣中的水分發生反應，形成硝酸。no經強氧化劑轉化后進入吸收塔，在吸收塔中no2、n2o5等氮氧化物迅速的與噴淋下來的堿性漿液接觸反應，生成硝酸鹽等物質，隨著吸收副物硫酸鹽一起進入吸收后處理裝置。強氧化劑與nox的反應是非常快速的，這使強氧化劑成為在處理nox時具有較高的選擇性，通過控制反應時間和強氧化劑的數量很容易控制對co和sox等化合物的氧化反應，在脫硝中強氧化劑利用率高。
與no之間的關鍵反應如下：
no+o3→no2+o2 （1）
no2+o3→no3+o2 （2）
no3+no2→n2o5 （3）
no+o+m→no2+m （4）
no2+o→no3 （5）
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