在討論脫硝技術之前,必須了解熱風爐煙氣的特殊性,這與電站鍋爐有很大不同:
溫度波動大:熱風爐通常采用“蓄熱式”工作,周期性地在“燃燒期”和“送風期”之間切換。
燃燒期:煙氣溫度較高,通常在?300~450℃?之間。
送風期:沒有煙氣排出。
這種周期性的溫度變化對脫硝技術的穩定運行提出了挑戰。
NOx濃度中等:熱風爐的NOx濃度通常在中低水平,范圍大約在?200~500 mg/m3(約100~250 ppm),但一些老舊或運行不佳的爐子可能更高。
氧含量高:為了保證煤氣完全燃燒,熱風爐通常會在過剩空氣下運行,導致煙氣中氧含量較高,通常在?10%~15%?甚至更高。
污染物相對單一:主要污染物是NOx和粉塵,SOx濃度通常較低(取決于燃料)。
針對熱風爐的特點,目前主流且可行的脫硝技術主要有以下:
這是目前應用最廣泛、最成熟、效率最高的脫硝技術。
原理:在催化劑作用下,向煙氣中噴入還原劑(通常是氨水或尿素),在特定溫度窗口內(通常是300-420℃),將NOx選擇性還原為無害的N?和H?O。
在熱風爐上的應用關鍵點:
溫度窗口匹配:SCR催化劑需要在最佳溫度范圍內工作。幸運的是,熱風爐燃燒期的煙氣溫度(300~450℃)正好落在中溫催化劑的活性窗口內,這是SCR技術能成功應用于熱風爐的根本原因。
應對溫度波動:由于送風期沒有煙氣,SCR系統需要設置旁路和保溫措施,以防止催化劑在非運行期間溫度過低或受到沖擊。系統設計需要能夠適應這種間歇性運行。
高氧含量的優勢:SCR反應需要氧氣,熱風爐的高氧環境反而有利于反應的進行。
布置方式:通常采用高塵布置,即SCR反應器位于熱風爐本體和余熱回收系統(如換熱器)之間。這樣可以充分利用煙氣熱量,避免煙氣再加熱的巨大能耗。
原理:在不使用催化劑的情況下,將還原劑(通常是氨水或尿素)噴入高溫煙氣中(通常在850~1100℃),在此溫度下,還原劑與NOx發生反應,生成N?和H?O。
在熱風爐上的應用關鍵點:
溫度窗口難以匹配:SNCR所需的反應溫度窗口非常高(850~1100℃)。這個溫度區域通常位于熱風爐的燃燒室內。要實現有效脫硝,必須找到并精準地將還原劑噴射到這個高溫區域。
脫硝效率較低:SNCR的脫硝效率通常只有?30%~50%,遠低于SCR的80%~90%以上。
氨逃逸問題:如果噴氨點溫度不合適或混合不充分,容易導致未反應的氨氣(氨逃逸)排入大氣,造成二次污染。
應用場景:SNCR更多用于對脫硝效率要求不高、場地受限或投資預算較低的改造項目。對于新建項目,SCR是更主流的選擇。
SCR煙氣脫硝系統:該系統具有脫硝率高、二次污染小、凈化效率高、技術成熟、運行需求溫度低、運行穩定等優點,適合排氣量大、連續排放源的工業應用。
SNCR煙氣脫硝系統:該系統使用NH3或尿素作為還原劑,注入到熱風爐的高溫煙氣中與煙氣中的NOx發生化學反應,適用于排氣量大、連續排放源的工業應用。
干法脫硫技術:如DOSN干法脫硫技術,通過填裝固體顆粒脫硫劑的固定床完成催化氧化、吸收工藝,一次完成脫硫。此外,北京晨晰鈣基移動床(CMB)干法脫硫工藝也具有高效脫硫和低運行成本的優勢。
濕法脫硫技術:如石灰石-石膏濕法脫硫裝置,通過噴淋水與石灰漿液反應再生,產生的NaOH溶液可循環使用。
氨法脫硫系統:該系統具有更高的脫硫效率和更低的運行成本,適用于高爐熱風爐煙氣超低排放。
活性焦工藝:在活性焦再生環節使用的解吸熱介質為熱風爐煙氣,通過高溫換熱風機送回至熱風爐循環使用,少量外排的煙氣與燒結機頭煙氣混合后進入吸附塔進行污染物治理處理。
半干法煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術:該技術在焦化廠中的應用表明,凈化后的潔凈煙氣溫度為185~275℃,經過脫硫脫硝除塵后的潔凈煙氣被送至余熱回收裝置進行余熱回收,經余熱回收利用后的煙氣由引風機輸送至焦爐煙囪排放。
高分子脫硝技術:如HNCR高分子脫硝技術,是耀一公司自主研發的新技術,適用于熱風爐脫硝設備。
低氮燃燒技術:在煉鐵熱風爐煙氣凈化工藝中,低氮燃燒技術能夠降低煙氣中的氮氧化物含量,滿足達標排放的要求。
這些技術各有優缺點,具體選擇應根據實際工況和環保要求進行綜合考慮。
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