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焦炉烟气脱硝技术—低氮燃烧技术

焦炉烟气脱硝技术—低氮燃烧技术

发布日期:2017-08-15 作者:sbf999胜博发 点击:

工业化应用的脱硝技术主要分为:低氮燃烧技术、炉膛喷射脱硝技术和烟气脱硝技术。由于炉膛喷射脱硝仅适用于燃煤或燃油锅炉,不适用于焦炉,新疆低氮燃烧" style="line-height: 24px; text-indent: 32px; white-space: normal;">新疆低氮燃烧技术和烟气脱硝技术。

1低氮燃烧技术

新疆低氮燃烧技术是在炉内采用各种燃烧手段来控制燃烧过程中NOx的生成,主要有空气分级燃烧、再燃烧技术、低NOx燃烧器等,该技术主要适用于燃煤锅炉和热风炉。焦炉中已应用的类似技术有分段燃烧和废气循环,但对于已建成的焦炉,无法进行改造。为控制NOx的生成,可通过控制燃烧温度、改变燃料结构来减少NOx的生成。表1为不同开工率下7m焦炉周转时间与直行温度的控制标准。

2烟气脱硝技术

烟气脱硝技术是还原或吸附尾部烟气中生成的NOx,从而降低NOx排放。烟气脱硝技术可分为干法脱硝和湿法脱硝两类。

2.1干法脱硝技术

有工程应用的干法脱硝技术包括选择性催化脱硝(SCR)、选择性非催化脱硝(SNCR)和活性炭法。

(1)SCR法。SCR法是采用氨将NOx还原成N2。氨有选择性,只和NOx发生作用,不与烟气中的氧发生反应。还原反应在低温下的反应速度很慢,为加快其反应速度,可加入催化剂。根据催化剂适用的烟气温度条件,将SCR工艺分为高温(>450℃)、中温(320~450℃)和低温(120~320℃)工艺。目前商业上应用比较广泛的是中温催化剂。该催化剂以TiO2为载体,上面负载钒、钨和钼等主催化剂或催化助剂,脱硝效率可达95%以上。考虑到焦炉烟气的低温特性,选用SCR法有两条途径:一是对低温烟气加热,使之符合中温SCR法的温度条件,以利用成熟的中温催化剂脱硝,烟气脱硝后再考虑余热回收,需耗费额外的热量;二是使用低温催化脱硝,但商业化应用的低温催化剂不多,研究主要集中在金属氧化物催化剂和碳基材料催化剂。

(2)SNCR法。SNCR法是采用氨或尿素为还原剂,其原理与SCR法相同,但该法不使用催化剂。由于无催化剂时该反应的最佳温度为900~1000℃,因此必须在烟气的高温区域加入还原剂。该法还原剂使用量大,同时必须控制好反应温度,并保证还原剂有足够的停留时间。SNCR法的脱硝效率较低,约为30%~50%,主要用于燃煤锅炉炉膛喷射脱硝,不适用于焦炉烟气脱硝。

(3)活性炭法。活性炭法脱除NOx的过程类似于SCR反应过程,可认为是吸附与SCR过程相结合的一种方法,或低温的SCR反应。炭材料既起催化剂的作用,同时还承担吸附剂的作用。主要的反应是活性炭在90~250℃之间催化还原NOx至氮气和水,此温度范围恰好在工业锅炉烟气排放的窗口温度内,同时脱硫脱硝后的活性炭能用多种手段再生,重复利用来降低成本,消除了二次污染。商业化应用的活性炭脱硝工艺包括日本住友、日本J–POWER(MET-Mitsui-BF)和德国WKV等几种主流工艺。无论低温SCR法还是活性炭法脱硝,对烟气硫含量均有明确要求,一般要求<30mg/m3,甚至更低。主要原因是SO2氧化为SO3,在水和氨存在时生成硫酸铵,该盐在230℃以下粘附在催化剂表面,吸附粉尘,堵塞孔道,使催化剂逐渐失活,故成熟的工艺烟气温度一般为280℃以上。另干法催化剂有毒,需工业化废弃处理

2.2湿法脱硝技术

湿法脱硝是指利用水或者水溶液来吸收废气中的NOx,根据吸收剂的不同可分为水吸收、酸吸收、碱吸收、氧化吸收、液相还原吸收、络合吸收和微生物法等,有工业应用的主要为酸吸收法和碱吸收法。

(1)酸吸收法。酸吸收法是指以浓硫酸或稀硝酸为吸收剂来处理尾气中的NOx。用浓硫酸吸收NOx是化学吸收,生成亚硝基硫酸,亚硝基硫酸可用于生产硫酸和浓缩硝酸。在同时生产浓硫酸和浓硝酸的企业,可用该技术净化含NOx的尾气。稀硝酸吸收NOx是利用NOx在稀硝酸中有较高的溶解度而进行的物理吸收,常用来净化硝酸厂尾气,净化率可达90%。影响吸收效率的因素除温度和压力外,稀硝酸浓度是重要因素。硝酸浓度为15%~20%时,吸收效率较高。吸收NOx后的硝酸经加热用二次空气吹出NOx,吹出的NOx可返回硝酸吸收塔进行吸收,吹除NOx后的硝酸冷却至20℃,送尾气吸收塔循环使用。

(2)碱吸收法。碱吸收法是利用NaOH、Ca(OH)2、氨水和Na2CO3等碱溶液作吸收剂对NOx进行化学吸收。对于含NO较多的废气,需先将NO氧化为易溶于水的NO2,再用碱液吸收,常用的氧化剂有臭氧、亚氯酸盐、高锰酸钾等。氧化剂的使用成本是工艺选择的主要影响因素。由于氨水吸收时生成极不稳定的亚硝酸铵,当浓度较高、温度较高或溶液pH值不合适时,会发生剧烈爆炸,因此限制了氨水吸收法的应用。石灰乳作吸收剂价格便宜,但因溶解度小,未溶解的石灰易堵塞设备,故不常用。考虑到吸收剂的价格、来源、吸收效率等因素,工业上应用较多的吸收剂是NaOH和Na2CO3,影响吸收的因素主要是废气中的氧化度、吸收设备和操作条件。

湿法脱硝技术应用于焦炉烟气脱硝,面临以下共性问题需解决:一是烟气温降大,需再热后才能利用原焦炉烟囱外排;二是烟气含湿高、腐蚀性强,需对原烟囱进行特殊防腐处理;三是酸、碱腐蚀性强导致管道泄漏,成盐结晶引起管道堵塞,系统维护量大;四是副产回收耗能大,需对废水、废渣进行处理。焦炉烟气属低温、低NOx浓度、低SO2含量、含氧、微尘烟气,但由于NOx超标和SO2波动,脱硝脱硫需综合考虑。各企业焦炉炉型、炉龄、燃料结构不同,所在地环保标准也不同,需考虑不同的工艺技术对自身烟气的适应性,兼顾投资运行成本使烟气达标排放。


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