這是目前全球公認的效率最高、應用最廣的末端脫硝技術,尤其適用于大型電站鍋爐和工業窯爐。
優點:
脫硝效率極高,可達90%以上。
技術成熟,運行穩定可靠。
缺點:
初始投資和運行成本高。
催化劑屬于危險廢物,需要定期更換和處理。
對煙氣溫度有要求(通常300-400℃),需要精心設計布置位置。
相比SCR,這是一種更經濟但效率較低的技術。
原理:?在不使用催化劑的情況下,將還原劑(尿素或氨水)噴入爐膛高溫區(850-1100℃),與NOx發生還原反應。
優點:
系統簡單,投資成本遠低于SCR。
占地面積小,改造方便。
缺點:
脫硝效率較低,通常為30%-50%。
對溫度窗口要求苛刻,控制難度大。
氨逃逸率較高(未反應的氨氣排入大氣)。
3.SCR與SNCR的結合(SNCR-SCR混合法)?可以兼顧經濟性與高效率,先用SNCR實現初步脫硝,再用小型的SCR裝置進行深度處理。
]]>理論上,1摩爾的氨(NH?)可以還原1摩爾的NOx。因此,精準控制的目標是讓噴入的氨量(分布和總量)與煙氣中的NOx量(分布和總量)相匹配,即達到?氨氮摩爾比(NSR)≈ 1。
NSR < 1:脫硝效率不足,NOx排放超標。
NSR > 1:導致過量的氨逃逸,引發空預器堵塞和腐蝕。
這是實現均勻混合的物理基礎,也是最關鍵的一步。
分區設計(分區控制):將AIG在煙道截面上分成多個獨立的噴氨區域(例如4×4=16個區),每個分區都有獨立的流量調節閥。這樣可以針對煙道不同區域的不均勻的NOx濃度進行“精準施肥”。
優化噴嘴類型與布局:采用能產生良好覆蓋和穿透力的噴嘴(如渦流噴嘴),并根據計算流體動力學模擬結果進行布局,確保氨氣與煙氣在進入催化劑前充分混合。
沒有準確的測量,就無法實現精準控制。
煙氣速度場測量:了解煙氣流速分布,避免在高速區噴氨不足,低速區噴氨過量。
NOx/O?濃度場測量(核心):在SCR反應器入口和出口安裝網格化多點取樣探頭。
入口網格探頭:測量入口截面上不同點的NOx濃度,繪制出“NOx濃度分布云圖”,為AIG的分區調節提供依據。
出口網格探頭:測量出口的NOx和氨逃逸濃度分布,用于驗證和優化控制效果。這是實現閉環控制的關鍵。
這是將測量數據轉化為控制指令的“智能中樞”。
傳統PID控制(基礎):
主控回路:根據SCR出口的總NOx濃度平均值和目標值,通過PID運算,調節噴氨總量。
缺點:無法解決煙道截面上的濃度分布不均問題。
分區流量控制(優化分布):
方法:基于入口網格探頭測得的各分區對應的NOx濃度,按比例調節各分區的噴氨閥門開度。濃度高的區域多噴氨,濃度低的區域少噴氨。
公式簡化:第i區噴氨量 ∝ 第i區入口NOx濃度
基于出口氨逃逸測量的閉環優化(最高級):
方法:利用出口網格探頭測得的氨逃逸分布數據,進一步微調AIG各分區的噴氨量。目標是使整個出口截面上的氨逃逸濃度趨于均勻且最低。
過程:如果某個分區對應的出口區域氨逃逸值偏高,說明該分區噴氨過量,則適當調小該區的閥門。
模型預測控制(MPC)或智能控制(前沿):
建立包含鍋爐負荷、燃料特性、煙氣溫度、NOx濃度等多變量影響的預測模型。該模型可以提前預測NOx的變化趨勢,提前調整噴氨量,克服系統的大延遲,使控制更加平穩和超前,進一步減少氨逃逸的波動。
堵塞風險主要來自氨逃逸后與SO3生成的硫酸氫銨。因此,精準控氨是根本,但還需其他配合:
控制氨逃逸:如上所述,這是最直接、最根本的方法。
控制SO3濃度:如果燃用高硫煤,可通過燃料脫硫或煙氣脫硫高效脫除SO2,從源頭上減少SO3的生成(SO2在SCR催化劑上部分氧化為SO3)。
空預器吹灰和清洗:定期、有效地對空預器進行吹灰(蒸汽吹灰、聲波吹灰),在停機檢修時進行高壓水清洗,清除已沉積的ABS和灰分。
空預器冷端設計:采用搪瓷換熱元件,其表面更光滑,不易黏附ABS,且耐腐蝕。
這是SNCR技術的最核心部分,直接決定了脫硝效率和氨逃逸水平。
計量與分配模塊:
核心控制單元,通常集成在一個撬裝設備上。
計量泵:根據鍋爐負荷和NOx濃度,精確控制還原劑的噴射量。
調節閥與控制儀表:包括流量計、壓力表、溫度計等,用于精確調節到每個噴射點的流量和壓力。
稀釋水系統:用水(通常是除鹽水)稀釋還原劑至合適的濃度,以保證霧化效果并防止結晶。
噴射器:
關鍵設備,負責將還原劑溶液霧化并噴入鍋爐爐膛。
類型:包括槍式噴射器、墻式噴射器等。
特點:必須能承受鍋爐內的高溫(約850-1100°C)和惡劣環境,通常采用耐高溫、耐腐蝕的材料(如310S不銹鋼)并帶有冷卻風套(冷卻風來自鍋爐鼓風機)保護,防止噴槍燒毀和堵塞。
霧化介質系統:
壓縮空氣或蒸汽:用于幫助還原劑在噴射器出口實現良好霧化,形成細小液滴,增大與煙氣的接觸面積,提高反應效率。
這是系統的“大腦”,確保整個工藝在最佳狀態下運行。
分散控制系統或可編程邏輯控制器:
核心:接收來自鍋爐系統的信號(如負荷、煙氣溫度、NOx初始濃度等)。
功能:通過預設的數學模型,自動計算并控制還原劑的噴射量、噴射位置,實現優化運行,在保證脫硝效率的同時最小化氨逃逸。
檢測儀表:
煙氣在線監測系統:實時監測鍋爐出口的NOx濃度和氨逃逸濃度,為控制系統提供反饋信號。
爐膛溫度監測系統:通過多個熱電偶實時監測爐膛不同高度的溫度,確保還原劑噴射在最佳的“溫度窗口”(850-1100°C)內。
SNCR脫硝技術雖然原理簡單,但其高效穩定運行嚴重依賴于上述設備的精密配合。其中,計量分配模塊的精確性和噴射器的霧化效果與耐用性是技術成敗的關鍵。控制系統則通過智能化的算法,將這些硬件設備整合成一個高效、自動化的脫硝整體。
]]>還原劑制備與供應系統
功能:負責制備和存儲還原劑,并將其精確輸送到噴射系統。
常見還原劑:
液氨:反應效率最高,成本較低,但因有毒,安全要求極高。
氨水:安全性比液氨高,但運輸和儲存成本也高。
尿素:最安全,以固體顆粒或溶液形式儲存,在高溫下分解產生氨氣。這是目前電廠最常用的選擇。
還原劑噴射系統
功能:將還原劑(氨或氨/空氣混合物)均勻地噴射到煙氣通道中。
關鍵部件:噴槍、噴嘴、混合器。其設計目標是確保還原劑與煙氣中的NOx充分、均勻地混合,這是保證高脫硝效率的關鍵。
反應器(催化反應器)
功能:這是發生化學反應的“心臟”部位。
內部結構:內部裝填有蜂窩狀或板式催化劑模塊。煙氣從這里流過,與催化劑充分接觸。
位置:通常布置在鍋爐的省煤器(預熱給水)和空氣預熱器之間,因為這個位置的煙氣溫度(通常在300°C – 400°C)最適合SCR反應。
催化劑
功能:降低化學反應所需的活化能,使反應在較低溫度下就能高效、快速地進行。
成分:通常以二氧化鈦為載體,活性成分為五氧化二釩和三氧化鎢等。
壽命:催化劑會因煙氣中的灰塵(磨損)、重金屬(中毒)等而逐漸失活,需要定期更換或再生。
化學中和:利用堿性吸收劑(如石灰石)與酸性SO?發生反應,這是根本。
氣液傳質:通過噴淋塔等設計,創造巨大的氣液接觸面積,讓SO?氣體能高效地溶解到漿液中并被吸收。
強制氧化:鼓入空氣將中間產物轉化為穩定、易于處理的石膏。
廢物分離:通過除霧器分離凈煙氣,通過脫水系統分離副產物石膏。
資源化:將有害的SO?轉化為有利用價值的石膏,變廢為寶。
總而言之,脫硫設備就像一個高效的“化學洗滌塔”,通過一系列精巧的物理和化學過程,將煙氣中的“環境殺手”二氧化硫轉化為無害甚至有用的物質,是控制酸雨和空氣污染的最重要技術手段之一。
]]>這是目前世界上應用最廣、技術最成熟的脫硫技術,尤其適用于大型燃煤發電機組(通常認為300MW及以上機組幾乎全部采用此技術)。
工作原理:
利用石灰石粉制成漿液作為吸收劑,在吸收塔內與煙氣逆流接觸。煙氣中的SO?與漿液中的碳酸鈣發生化學反應,被吸收脫除。最終產物是二水石膏,即石膏。
優點:
脫硫效率極高:可達95%以上,甚至99%,能夠滿足最嚴格的環保排放標準。
技術成熟,運行可靠:已有數十年的大規模應用歷史,系統可用率超過98%。
吸收劑資源豐富,價格低廉:石灰石來源廣泛,成本低。
副產物可資源化利用:產生的石膏純度較高,可用于生產建材(如紙面石膏板、水泥緩凝劑等),產生經濟效益,避免固體廢物堆積。
缺點:
系統復雜,占地面積大。
初始投資和運行成本較高(但單位脫硫成本低)。
耗水量大。
存在廢水處理問題。
對煙氣溫度有影響,需要配套煙氣再熱系統(GGH)以防止“白煙”和腐蝕煙囪。
適用領域:?大型燃煤電廠、鋼鐵燒結機、大型工業鍋爐等處理大氣量、高濃度SO?煙氣的場景。
雖然濕法是主流,但在特定情況下,其他工藝也可能是“首選”。
代表技術: 旋轉噴霧半干法、循環流化床法
特點:
使用石灰或消石灰粉作為吸收劑,反應產物為干態粉末。
耗水量少,無廢水產生。
系統相對簡單,投資和運行成本低于濕法。
脫硫效率中等(一般80%-90%),副產物利用價值較低。
首選場景:
中小型鍋爐、工業窯爐。
水資源匱乏的地區。
煙氣硫含量不高的項目。
作為尾端深度脫硫的預處理工藝。
工作原理:?采用氨水或液氨作為吸收劑,副產物為硫酸銨(一種化肥)。
優點:
脫硫效率高,可達95%以上。
副產物價值高,是優質的化肥,經濟效益好。
無固體廢物,避免了石膏堆場的環境風險。
缺點:
氨易揮發,可能存在“氣溶膠”問題,導致煙囪冒“藍煙/黃煙”。
對設備防腐要求高。
氨逃逸控制是關鍵難題。
吸收劑(氨)成本較高且價格波動大。
首選場景:
附近有穩定、廉價氨源的化工廠、焦化廠、化肥廠等。
對副產物有明確消納渠道(如配套化肥廠)的項目。
工作原理:?使用NaOH或Na?CO?(純堿)作為吸收劑,反應活性極高。
優點:
脫硫效率極高(>99%),反應速度快。
系統不易結垢堵塞。
副產物為亞硫酸鈉或硫酸鈉,可用于化工行業。
缺點:
吸收劑(燒堿)成本非常高昂,不適合處理大氣量、高硫濃度的煙氣。
副產物銷路和價值是關鍵。
首選場景:
煙氣量不大但硫濃度波動大、要求脫硫效率極高的場合,如玻璃窯爐、危廢焚燒、小型工業爐窯等。
常用于濕法脫硫的應急備用系統或尾部深度凈化單元。
吸收塔
功能:這是整個脫硫系統的“心臟”,所有的核心化學反應都在這里進行。煙氣中的SO?在此被石灰石漿液吸收并氧化成石膏。
關鍵內部構件:
噴淋層:位于塔的上部,由多個噴嘴組成,將石灰石漿液霧化成無數細小的液滴,極大地增加了氣液接觸面積,從而提高脫硫效率。
除霧器:位于吸收塔最頂部。煙氣經過噴淋洗滌后,會攜帶大量漿液霧滴,除霧器的作用就是分離并捕集這些液滴,保證凈煙氣的濕度達標,防止對后續煙道和煙囪造成腐蝕。
攪拌器:位于塔底漿池中,持續攪拌使石灰石顆粒保持懸浮狀態,防止沉淀,并促進氧化空氣的均勻分布。
濕式球磨機 / 石灰石研磨系統
功能:將塊狀的石灰石(CaCO?)研磨成極細的粉末(通常要求250-325目),以便能配制成均勻的懸浮漿液,提高反應速率和利用率。
石灰石漿液箱 / 漿液罐
功能:儲存由石灰石粉和工藝水配制好的一定濃度的漿液,為吸收塔連續穩定地提供吸收劑。
漿液循環泵
功能:將吸收塔漿池中的漿液輸送到噴淋層。通常設置3-4臺泵并聯運行,根據鍋爐負荷和入口SO?濃度調節運行的泵數量,是實現系統經濟高效運行的關鍵設備。
氧化風機
功能:向吸收塔底部的漿池中強制鼓入空氣,將亞硫酸鈣(CaSO?)徹底氧化成硫酸鈣(CaSO?),即二水石膏(CaSO?·2H?O)。這是生成高品質石膏的關鍵步驟。
石膏脫水系統
功能:將吸收塔漿池中產生的石膏晶體從漿液中分離出來,制成可綜合利用的副產品。
主要設備:
石膏旋流器:一級脫水設備,利用離心力將漿液濃縮至含水量約40-50%。
真空皮帶脫水機:二級脫水設備,將旋流器底流來的濃漿進一步脫水,最終產出含水量小于10%的干燥石膏餅。
煙氣系統
主要設備:
增壓風機:用于克服整個FGD系統(包括吸收塔、換熱器等)的阻力,保證鍋爐煙氣能夠順利通過脫硫裝置,不影響鍋爐的正常燃燒。
煙氣換熱器(GGH):現在很多新建電廠已取消。其原作用是使用凈煙氣加熱原煙氣,提升排煙溫度,避免煙囪出口產生“白煙”和腐蝕,同時降低吸收塔入口煙溫。取消后可簡化系統,但需對煙囪做防腐處理。
工藝水箱及水泵
功能:為整個系統提供工藝水和沖洗水,例如制漿、除霧器沖洗、管道和設備沖洗等,保證系統水平衡。
這是系統的起點,負責物料的儲存和穩定輸送。
小蘇打原料儲倉:
功能:儲存來自罐車輸送來的基礎小蘇打原料。通常為碳鋼材質,需要防潮設計。
關鍵部件:倉頂裝有除塵器(脈沖布袋式),防止進料時粉塵外逸;設有料位計,監控料位;底部裝有倉壁振動器或空氣炮,防止物料架橋、結拱。
精密給料機:
功能:精確、連續、穩定地將小蘇打原料從儲倉中輸出到下一環節(研磨系統)。給料的準確性直接決定脫硫效率和運行成本。
類型:通常采用失重秤或螺旋給料機,精度極高。
普通小蘇打粒徑較大(約200目),無法直接用于高效脫硫。此系統將其研磨至超細粉末以滿足要求。
超細研磨機:
功能:將小蘇打(NaHCO?)研磨至D90 < 20μm(約600目以上)?的超細粉末。粒徑越細,比表面積越大,反應活性越高,脫硫效率也越高。
類型:通常采用機械式磨盤研磨機或氣流磨。
羅茨風機:
功能:為研磨系統提供穩定的壓縮空氣源。一方面用于物料的流化,防止堵塞;另一方面作為動力源,將研磨后的超細粉通過管道進行氣力輸送。
研磨成品倉:
功能:暫時儲存研磨好的超細小蘇打粉末。
關鍵部件:同樣配有料位計、倉頂除塵器和流化裝置(流化板或流化棒),確保粉料處于干燥、松散狀態,便于后續的穩定噴射。
負責將超細小蘇打粉末均勻、準確地注入煙道。
定量給料裝置:
功能:根據煙氣入口的SO?濃度、煙氣量等參數,精確控制進入噴射器的粉料量。通常也采用高精度的失重秤。
噴射器(給料器):
功能:利用文丘里效應或流化原理,將物料與壓縮空氣充分混合,形成均勻的氣固兩相流。
類型:文丘里式噴射器或流化式噴射器。
噴射噴嘴:
功能:將氣固混合物均勻地分布并噴射到煙道的核心高溫區域。噴嘴的數量和布置位置至關重要,必須保證粉末與煙氣能充分、快速地混合。
煙道(反應管道):
功能:這不是一個獨立的設備,而是工藝反應的場所。噴射出的NaHCO?在高溫煙氣(140°C – 210°C 為最佳反應溫度窗口)中瞬間分解為Na?CO?,并立即與SO?反應。
要求:需要保證足夠的反應停留時間(通常>2秒),因此噴射點后的煙道需要有足夠的長度。
負責收集反應后的副產物。
高效布袋除塵器(必配):
功能:
氣固分離:捕集煙氣中攜帶的絕大部分脫硫副產物(主要是Na?SO?)和未反應完的吸收劑。
二次反應平臺:附著在濾袋表面的粉層形成了一個“過濾床”,當煙氣穿過時,未反應的吸收劑能繼續與殘余的酸性氣體反應,進一步提高脫硫效率。
要求:濾袋需選擇適用于堿性工況和可能濕度變化的材質(如P84、PTFE覆膜等)。
引風機:
功能:提供整個系統煙氣流動的動力,克服系統阻力。通常安裝在除塵器之后,是系統的“心臟”。
PLC/DCS控制系統:
功能:是整個系統的大腦。實時監測煙氣參數(SO?濃度、流量、溫度等),自動調節小蘇打的給料量,實現精準控制和節能運行。
還原劑制備區設備:
液氨卸料壓縮機、液氨儲罐、氨氣蒸發槽、氨氣緩沖槽、稀釋風機、氨氣泄漏檢測儀、安全噴淋系統等。
或:尿素顆粒儲倉、尿素溶解罐、尿素溶液儲罐、尿素溶液輸送泵、尿素熱解爐/水解器及其配套風機、加熱器等。
反應區設備:
SCR反應器本體(鋼結構、保溫、護板)。
催化劑(初裝層和備用層)。
吹灰器(聲波式或蒸汽/耙式)。
噴氨格柵(AIG)。
煙道、擋板門、膨脹節等。
噴射區設備(對于SNCR或聯合法):
高壓溶液循環泵、計量分配模塊、爐墻噴槍、冷卻風系統等。
電氣與控制系統設備:
DCS/PLC控制柜:整個脫硝系統的大腦。
CEMS(煙氣連續排放監測系統):實時監測入口和出口的NOx、O?、氨逃逸濃度等參數,并將信號反饋給控制系統,以調節噴氨量。
配電柜、儀表、閥門、執行器等。
這是濕法脫硫最核心的優勢。
效率高:脫硫效率通常可以穩定達到?95%?以上,甚至可達?98%-99%。這對于處理高硫煤(硫分含量高的煤)燃燒產生的煙氣或需要滿足極其嚴格排放標準的地區至關重要。
穩定可靠:系統運行穩定,能夠適應鍋爐負荷的變化,持續高效地去除SO?。
歷史悠久:濕法脫硫技術自20世紀70年代開始商業化應用,已有超過50年的發展歷史,積累了極其豐富的設計、建造、運行和維護經驗。
可借鑒經驗多:全球有成千上萬的套裝置在運行,技術供應商眾多,參考案例豐富,降低了新技術可能帶來的不確定性風險。
主要吸收劑:最常用的吸收劑是石灰石(CaCO?),它是自然界中最豐富的礦物質之一,儲量大、分布廣、價格便宜。
其他選擇:也可以使用生石灰(CaO)、熟石灰(Ca(OH)?)等,賦予了系統一定的靈活性。
規模效應:非常適合大型燃煤機組(如300MW、600MW、1000MW及以上)的煙氣處理,單塔處理能力巨大。
適應高濃度:能夠有效處理SO?初始濃度很高的煙氣。
主要副產品:濕法脫硫的副產品通常是石膏(CaSO?·2H?O)。
商業價值:如果對脫硫石膏進行進一步的洗滌、脫水、凈化處理,生產出的商品石膏純度很高,可以作為建筑材料,用于生產石膏板、水泥緩凝劑等,實現“變廢為寶”,產生一定的經濟效益,部分抵消運行成本。