活性氨脫硝技術(shù)

1、山東大學山東大學 朱維群朱維群2013.42013.4活性氨脫硝技術(shù)活性氨脫硝技術(shù)暨在水泥窯爐脫硝中的應用暨在水泥窯爐脫硝中的應用目錄目錄n脫硝技術(shù)簡介脫硝技術(shù)簡介n活性氨脫硝技術(shù)活性氨脫硝技術(shù)n活性氨在水泥窯爐脫硝中的應用活性氨在水泥窯爐脫硝中的應用n結(jié)論結(jié)論1.脫硝技術(shù)脫硝技術(shù)簡介簡介 目前，在工業(yè)上應用的主要脫硝技術(shù)是：目前，在工業(yè)上應用的主要脫硝技術(shù)是： SCR和和SNCR。 SCR脫硝技術(shù)的核心是利用脫硝技術(shù)的核心是利用NH3在催化劑條件下，較在催化劑條件下，較低反應溫度（低反應溫度（300-400）與與NOx發(fā)生氧化還原反應；發(fā)生氧化還原反應； SNCR脫硝技術(shù)是脫硝技術(shù)是NH3在

2、在高溫（高溫（800-1000）下與下與NOx發(fā)生氧化還原反應。發(fā)生氧化還原反應。 NH3的制備包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料的制備包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料。 SCR脫硝技術(shù)脫硝技術(shù)SCR脫硝技術(shù)具有反應溫度低、脫硝效率高的優(yōu)點，成脫硝技術(shù)具有反應溫度低、脫硝效率高的優(yōu)點，成為控制為控制NOx的主要方法。在的主要方法。在SCR 技術(shù)中催化劑是核心，技術(shù)中催化劑是核心，催化劑的性能直接影響催化劑的性能直接影響NOx的脫除效果。但是，的脫除效果。但是， SCR技技術(shù)具有下述缺點：術(shù)具有下述缺點： 催化劑容易中毒，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性；催化劑容易中毒，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性； 催化劑易產(chǎn)生堵

3、塞，影響鍋爐出力；催化劑易產(chǎn)生堵塞，影響鍋爐出力； 催化劑的建設(shè)成本占整個催化劑的建設(shè)成本占整個SCR脫硝系統(tǒng)的脫硝系統(tǒng)的30%50%，其運行也占到總運行成本的其運行也占到總運行成本的30-50%。 SNCR脫硝主要是在爐膛頂部脫硝主要是在爐膛頂部(8501000)溫度溫度窗口噴入氨基還原劑，無需催化劑，利用還原劑釋放出窗口噴入氨基還原劑，無需催化劑，利用還原劑釋放出的的NH3選擇性地將煙氣中的選擇性地將煙氣中的Nox發(fā)生還原反應成為無害發(fā)生還原反應成為無害的的N2和水。和水。 SNCR脫硝技術(shù)脫硝技術(shù) SNCR技術(shù)脫硝率中等，不需要催化劑，運行費用較技術(shù)脫硝率中等，不需要催化劑，運行費用較低

4、，建設(shè)周期短，適合中小型鍋爐和各種窯爐脫硝的改造。低，建設(shè)周期短，適合中小型鍋爐和各種窯爐脫硝的改造。 在在SNCR 工藝中存在如下問題：含量工藝中存在如下問題：含量10-20%氨或尿氨或尿素水溶液噴入反應區(qū)內(nèi)會造成高溫反應區(qū)內(nèi)驟然大幅降溫，素水溶液噴入反應區(qū)內(nèi)會造成高溫反應區(qū)內(nèi)驟然大幅降溫，而且反應區(qū)內(nèi)各區(qū)域的溫度不均勻，從而導致脫硝效率低而且反應區(qū)內(nèi)各區(qū)域的溫度不均勻，從而導致脫硝效率低下，目前一般的脫硝效率僅為下，目前一般的脫硝效率僅為30-50%，并且影響爐內(nèi)燃，并且影響爐內(nèi)燃燒效率。（華能萊蕪電廠拆除了燒效率。（華能萊蕪電廠拆除了SNCR脫硝裝置）。脫硝裝置）。SNCR脫硝技術(shù)脫硝技

5、術(shù)目前水泥廠脫硝一般采用外購氨水的目前水泥廠脫硝一般采用外購氨水的SNCR脫硝技術(shù)脫硝技術(shù)，這存在著以下諸多缺點：，這存在著以下諸多缺點： 氨水屬于危險化學品，氨水屬于危險化學品，運輸、儲存都需要備案。一旦運輸、儲存都需要備案。一旦泄露造成危害，損失較大；泄露造成危害，損失較大；1. 工業(yè)氨水中的含氨量一般不大于工業(yè)氨水中的含氨量一般不大于20%，也就是，也就是80%的的運輸量是水，這樣造成運輸不便、儲存受限，從而使購運輸量是水，這樣造成運輸不便、儲存受限，從而使購買成本增大；買成本增大；SNCR脫硝技術(shù)脫硝技術(shù)3.氨水在使用時不僅使爐溫降低，而且耗能較大，氨水在使用時不僅使爐溫降低，而且耗能

6、較大，每噸氨每噸氨水加入窯爐時大約額外需要增加能耗水加入窯爐時大約額外需要增加能耗90公斤標準煤（可以公斤標準煤（可以用水的蒸發(fā)潛熱和熱容量簡易估算）；用水的蒸發(fā)潛熱和熱容量簡易估算）； 參考：參考： 段傳和，夏懷祥，谷小兵段傳和，夏懷祥，谷小兵 燃煤電站燃煤電站SNCR脫硝系統(tǒng)脫硝系統(tǒng)噴射還原劑介質(zhì)對鍋爐效率的影響噴射還原劑介質(zhì)對鍋爐效率的影響 電力科技與環(huán)保電力科技與環(huán)保 2012 （1）28 55-574對部分地區(qū)來說，氨水的價格昂貴，使脫硝成本大對部分地區(qū)來說，氨水的價格昂貴，使脫硝成本大為提高。為提高。如果每噸氨水（如果每噸氨水（20%含量）的價格大于含量）的價格大于800元，元，就

7、比尿素價格高（尿素含氨就比尿素價格高（尿素含氨50%，價格，價格2000元左右）。元左右）。建議采用尿素制氨新技術(shù)：建議采用尿素制氨新技術(shù)：尿素現(xiàn)場制氨技術(shù)【專利授權(quán)號CN 101555025B】，加工每噸尿素可盈利300500元。5.脫硝時氨水用量大，造成氨逃逸：氨水在分解爐高溫脫硝時氨水用量大，造成氨逃逸：氨水在分解爐高溫下與下與NOx反應效率差，反應效率差，NH3/NOx的摩爾比一般在的摩爾比一般在1.5:1。 質(zhì)量分數(shù)為質(zhì)量分數(shù)為25%氨水溶液流量增加到最大氨水溶液流量增加到最大931l/h，NOx濃度從濃度從1280 mg/Nm3降低到降低到200 mg/Nm3以下，覆蓋以下，覆蓋面

8、積約占面積約占90%-95%，NSR為為1.65。6.SNCR脫硝效率低 現(xiàn)有氨水法現(xiàn)有氨水法SNCR脫硝效率一般在脫硝效率一般在5060%，NOx排放濃度在排放濃度在300mg/M3;而活性氨脫硝可以比較而活性氨脫硝可以比較容易使尾氣容易使尾氣NOx達到達到200mg/M3以下以下。2.活性氨煙氣脫硝技術(shù)活性氨煙氣脫硝技術(shù) 針對針對SCR和和SNCR技術(shù)的缺點，我們研究開發(fā)了高活性技術(shù)的缺點，我們研究開發(fā)了高活性氨基還原劑（簡稱氨基還原劑（簡稱活性氨活性氨）煙氣脫硝技術(shù)。）煙氣脫硝技術(shù)。2.1活性氨煙氣脫硝原理活性氨煙氣脫硝原理 一類高反應活性氨基還原劑一類高反應活性氨基還原劑(NR3) 能

9、夠在反應溫度能夠在反應溫度450800，無催化劑條件下與，無催化劑條件下與NOx發(fā)生氧化還原反應，從發(fā)生氧化還原反應，從而達到脫硝的目的。我們稱之為活性氨煙氣脫硝技術(shù)。而達到脫硝的目的。我們稱之為活性氨煙氣脫硝技術(shù)。 其技術(shù)的主要特點是：其技術(shù)的主要特點是：NR3與與Nox反應比反應比NH3具有高的反具有高的反應活性。應活性?；钚园泵撓跫夹g(shù)與活性氨脫硝技術(shù)與SNCR技術(shù)的對比技術(shù)的對比內(nèi)容內(nèi)容SNCR活性氨活性氨還原劑還原劑氨氨NR3反應溫度反應溫度/09501050450800催化劑催化劑不使用催化劑不使用催化劑不使用催化劑不使用催化劑脫硝效率脫硝效率30%60%60%90%還原劑噴射位置還

10、原劑噴射位置爐頂爐頂3、4級預熱器級預熱器n(還原劑還原劑/NOx)1.21.5:10.61:1生產(chǎn)條件生產(chǎn)條件生產(chǎn)條件嚴格生產(chǎn)條件嚴格生產(chǎn)易于控制生產(chǎn)易于控制脫硝成本脫硝成本28元元/噸熟料噸熟料26元元/噸熟料噸熟料建設(shè)施工工期建設(shè)施工工期較長較長短，不影響生產(chǎn)短，不影響生產(chǎn)能耗能耗能耗大，氨水的蒸能耗大，氨水的蒸發(fā)熱即為發(fā)熱即為90kg標準標準煤煤/噸噸小小還原劑運輸、儲存還原劑運輸、儲存氨屬于化學危險品，氨屬于化學危險品，儲存、運輸法規(guī)嚴儲存、運輸法規(guī)嚴格格還原劑為固體，還原劑為固體，運輸和儲存方便運輸和儲存方便對爐溫的影響對爐溫的影響對爐溫有影響，煤耗對爐溫有影響，煤耗增加增加對爐溫

11、無影響對爐溫無影響占地空間占地空間較大較大 較小較小建設(shè)施工工期建設(shè)施工工期較長較長短，不影響生產(chǎn)短，不影響生產(chǎn) 總之，活性氨脫硝技術(shù)以高反應活性的固體氨基還原劑總之，活性氨脫硝技術(shù)以高反應活性的固體氨基還原劑（NR3）為原料，在）為原料，在450-800范圍內(nèi)，迅速（范圍內(nèi)，迅速（1-2s）與）與NOx發(fā)生還原反應而達到脫硝目的。發(fā)生還原反應而達到脫硝目的。 它具有運輸、儲存方便，耗能少，它具有運輸、儲存方便，耗能少，NH3/NOx摩爾比一摩爾比一般小于般小于1:1，氨逃逸少等諸多優(yōu)點。，氨逃逸少等諸多優(yōu)點?；钚园泵撓跫夹g(shù)工藝流程活性氨脫硝技術(shù)工藝流程序序號號時間時間加料位置加料位置溫度溫度

12、（）加料量加料量（kg/h）穩(wěn)定反應期穩(wěn)定反應期間間NOX濃度濃度最小值最小值（mg/m3）穩(wěn)定反應期穩(wěn)定反應期間間NOX濃度濃度最大值最大值（mg/m3）檢測加料后檢測加料后NOX濃度均濃度均值（值（mg/m3）檢測未加料檢測未加料NOX濃度均濃度均值（值（mg/m3）檢測檢測NOX脫脫硝效率硝效率(%)110:32-10:593級預熱級預熱器下錐體器下錐體清料孔清料孔64533332544538570545.428:58-10:224級預熱級預熱器下錐體器下錐體清料孔清料孔810276.916335025773565313:50-14:234級預熱級預熱器下錐體器下錐體清料孔清料孔8104

13、9015324820045355.8 414:23-14:314級預熱級預熱器下錐體器下錐體清料孔清料孔81022529434632056543.4514:46-15:453級預熱級預熱器下料管器下料管翻板閥下翻板閥下64032922135228659952.2615:45-16:403級預熱級預熱器下料管器下料管翻板閥下翻板閥下64040112625819278475.5活性氨在水泥窯爐脫硝中的應用活性氨在水泥窯爐脫硝中的應用試驗結(jié)論：試驗結(jié)論：1、相當?shù)募恿狭?，加料位置、相當?shù)募恿狭?，加料位?級預熱器比級預熱器比3級預熱器脫硝級預熱器脫硝效率高。分析原因效率高。分析原因4級預熱器溫度有利

14、于脫硝反應進行。級預熱器溫度有利于脫硝反應進行。2、加料量自、加料量自225kg/h加高至加高至490kg/h，檢測數(shù)據(jù)計算脫硝，檢測數(shù)據(jù)計算脫硝效率效率43.4%-75.5%。3、比較、比較6個不同的試驗條件下，經(jīng)濟性脫硝效果較佳的個不同的試驗條件下，經(jīng)濟性脫硝效果較佳的位置和加料量有：位置和加料量有：4級預熱器下錐體加料級預熱器下錐體加料276.9 kg/h，脫硝率，脫硝率檢測數(shù)據(jù)計算檢測數(shù)據(jù)計算65%；3級預熱器下料管翻板閥下位置加料級預熱器下料管翻板閥下位置加料401 kg/h，脫硝率檢測數(shù)據(jù)計算，脫硝率檢測數(shù)據(jù)計算75.5%。 4、通過試驗結(jié)果計算活性氨的反應率得出：進料量為、通過試

15、驗結(jié)果計算活性氨的反應率得出：進料量為300kg/h時，反應率為時，反應率為70%，對應的脫硝率在，對應的脫硝率在60-65%；進；進料量為料量為500kg/h時，反應率為時，反應率為39%，對應的脫硝率為，對應的脫硝率為56%左左右。說明在這種反應率較低的情況下，達到了較好的脫硝右。說明在這種反應率較低的情況下，達到了較好的脫硝率，隨著工藝過程的優(yōu)化，脫硝率會有較大的提升。率，隨著工藝過程的優(yōu)化，脫硝率會有較大的提升。5、在低的、在低的NOX含量工況條件下，依然具有較好的脫硝含量工況條件下，依然具有較好的脫硝率，表明活性氨脫硝劑也適合于低濃度率，表明活性氨脫硝劑也適合于低濃度NOX的脫除。的

16、脫除。 結(jié)論結(jié)論 活性氨煙氣脫硝技術(shù)具有重大的理論突破和應用技術(shù)活性氨煙氣脫硝技術(shù)具有重大的理論突破和應用技術(shù)突破，它具有以下優(yōu)勢突破，它具有以下優(yōu)勢： （1） 活性氨脫硝技術(shù)是利用活性氨基還原劑活性氨脫硝技術(shù)是利用活性氨基還原劑(NR3)在中等反應溫度、無需催化劑條件下與在中等反應溫度、無需催化劑條件下與NOx發(fā)生反應發(fā)生反應而達到脫硝目的，具有重大的理論突破。而達到脫硝目的，具有重大的理論突破。（2）活性氨煙氣脫硝技術(shù)克服了現(xiàn)有）活性氨煙氣脫硝技術(shù)克服了現(xiàn)有SCR技術(shù)中催化技術(shù)中催化劑投資大、煙氣成分影響大、運行成本高等諸多缺點；劑投資大、煙氣成分影響大、運行成本高等諸多缺點； 克服了克服了SNCR技術(shù)的反應溫度高、還原劑與煙氣混技術(shù)的反應溫度高、還原劑與煙氣混合程度差、脫硝效率低、氨氣逸出量大等一系列缺點。合程度差、脫硝效率低、氨氣逸出量大等一系列缺點。（3）活性氨煙氣脫硝技術(shù)只需建立活性氨）活性氨煙氣脫硝技術(shù)只需建立活性氨NR3發(fā)生裝發(fā)生裝置及其計量噴射系統(tǒng)，對爐的影響很小。置及其計量噴射系統(tǒng)，對爐的影響很小。（4）活性氨煙氣脫硝技術(shù)具