脫硫脫硝新技術

  項目一、 尿素制氨新技術

  現(xiàn)有電廠脫硝技術一般采用液氨或者高成本的傳統(tǒng)尿素制氨技術；水泥廠脫硝一般采用氨水為原料，這些方法存在著多種問題。

  現(xiàn)有尿素制氨技術的反應方程式為：

  (NH₂)₂CO + H₂O→CO₂↑+ 2NH₃↑

  該技術的缺點：

  1.在現(xiàn)有尿素制氨技術中，只利用了占尿素質(zhì)量50%的氨部分，造成了尿素資源的浪費。

  2.尿素熱解反應溫度高達600℃，消耗大量燃料油或電能，不利于節(jié)能減排,而且其成本比尿素原料成本還高。例如：一電廠脫硝每天需要尿素15噸，用6噸柴油熱解，不僅生產(chǎn)成本高,而且每天排出11+19噸CO₂。

  3.熱解不完全，產(chǎn)生沉淀，易引起系統(tǒng)堵塞。

  從國內(nèi)運行情況來看，尿素法SCR脫硝工藝比液氨法工藝成本高。

  我們開發(fā)的尿素制氨新技術可以替代上述技術和原料。該技術既可以滿足脫硝用氨的要求，又得到高附加值產(chǎn)品。其反應原理如下：

  (NH₂)₂CO → 固體產(chǎn)品 + NH₃↑

  這是一種煙氣脫硝用氨的經(jīng)濟、安全產(chǎn)生方法，本技術已申請并獲得國家專利（專利號：200910014992.2）。

圖1. 尿素制氨新技術流程示意圖

  尿素制氨新技術的特點

  本技術的實施可在現(xiàn)有尿素制氨或液氨氣化裝置上建一旁路，將尿素制氨新工藝裝置接上，不影響現(xiàn)有發(fā)電及脫硝的正常運行。

  尿素制氨新裝置可在設備加工廠制作、調(diào)試運行平穩(wěn)后再運送到電廠，不影響電廠的管理。

  尿素制氨新技術具有成熟的工藝原理和反應條件。

  制氨量可根據(jù)脫硝用氨量隨時進行調(diào)節(jié)，制氨系統(tǒng)中只有少量的氨，因此系統(tǒng)安全性大為提高。

      尿素制氨新技術的優(yōu)勢

  尿素原料充分利用：在新技術中，尿素全部轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)品并得到了增值；而傳統(tǒng)尿素制氨中有50%的尿素轉(zhuǎn)化成了無用的CO₂。

  節(jié)能減排：新技術的反應只需要200℃，反應溫度低、能量消耗少，達到了真正的零排放 。而傳統(tǒng)尿素制氨工藝需要600℃的高溫，用燃油加熱或電加熱，消耗大量能源并釋放CO₂；

  提高了用氨安全性：產(chǎn)生的氨直接用于脫硫脫硝，不用儲存，降低了運輸、儲存和使用液氨所帶來的安全風險。

  經(jīng)濟效益高：生產(chǎn)的氨氣直接用于脫硫脫硝，同時得到高附加值產(chǎn)品。

  表1. 新技術與液氨法、傳統(tǒng)尿素制氨法的經(jīng)濟效益比較（年產(chǎn)3000噸氨）

  項目二、 高活性氨基還原劑煙氣脫硝技術

  目前國內(nèi)應用最為廣泛的脫硝技術是SCR和SNCR。在SCR脫硝技術中催化劑是核心，其成本約占SCR系統(tǒng)總成本的20%-30%，運行成本占20-40%，且催化劑易中毒，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性；

  SNCR 脫硝工藝一般是將含量10-20%的氨水噴入高溫反應區(qū)內(nèi)，易造成反應區(qū)內(nèi)溫度驟降且不均勻，導致脫硝效率低下，目前一般脫硝效率僅為30-50%，并且影響爐內(nèi)燃燒效率。

  氨水法SNCR的缺點

  脫硝效率低，一般僅為30-50%；

  氨水也屬于危險化學品，運輸、儲存都需要備案，一旦泄露造成危害，損失較大；

  工業(yè)氨水中的含氨量一般不大于20%，造成運輸不便、儲存受限，從而使購買成本增大；

  使用氨水時不僅使爐溫降低，并且影響爐內(nèi)燃燒效率，每噸氨水加入爐內(nèi)大約額外需要增加能耗90公斤標準煤；

  脫硝時氨水用量大， NH₃/NOx的摩爾比一般在1.5:1，造成氨逃逸；

  部分地區(qū)氨水的價格較高，使脫硝成本大為提高。

  活性氨脫硝技術

  活性氨脫硝技術不用催化劑，克服了SCR技術中催化劑投資大、煙氣成分影響大、運行成本高等諸多缺點；克服了SNCR技術中反應溫度高、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。

  活性氨脫硝主要裝置有：

  活性氨發(fā)生系統(tǒng)、計量模塊、分配系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)

  裝置系統(tǒng)簡易，設備投資少，占地面積小。

  表2. 活性氨脫硝技術與SNCR技術的對比

  活性氨煙氣脫硝技術已經(jīng)在山水集團3號窯爐進行了中試，中試脫硝數(shù)據(jù)穩(wěn)定，脫硝后NOx排放濃度低于目前國家對水泥窯爐NOx的排放標準。

  隨著工藝技術的優(yōu)化，完全能夠建立一套新的更低的水泥窯爐NOx排放標準體系，減輕我國大氣污染及霧霾等環(huán)保壓力。

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  表3. 活性氨脫硝技術在水泥窯爐脫硝試驗結(jié)果

  活性氨脫硝技術已在電廠鍋爐煙氣脫硝進行了現(xiàn)場試驗。在75t/h和220t/h循環(huán)流化床鍋爐上，不用進行鍋爐改造，按氨氮比1:1加入還原劑，脫硝后NOx排放濃度小于80mg/m³，低于國家NOx排放濃度100mg/m³的標準。

  圖2.  75t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硝結(jié)果

  圖3.  220t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硝結(jié)果

  項目三、 高效氣相煙氣脫硫技術

  目前世界范圍內(nèi)的脫硫技術很多，根據(jù)脫硫過程和產(chǎn)物的狀態(tài)可劃分為濕法和干法：1）濕法脫硫技術，約占全世界FGD裝置總量的85%左右，其中石灰-石膏法占37%，其它濕法脫硫技術占48%；2）干法脫硫技術，約占全世界FGD裝置總量的15%。據(jù)統(tǒng)計，目前全球燃煤電廠已有數(shù)千臺煙氣脫硫裝置，總裝機容量超過240GW。

  近些年，我國治理SO₂污染的力度不斷加大，大型電廠基本完成了煙氣脫硫技術改造。但在運行過程中存在著設備腐蝕、磨損、結(jié)垢，廢水排放嚴重，脫硫效率不佳，運行維護成本高等系列問題，導致脫硫系統(tǒng)運行不暢，環(huán)保防控難度加大。

  針對現(xiàn)有脫硫技術存在的問題，我們提出并進行了高效氣相脫硫技術開發(fā)。它是以固體復合脫硫劑作為反應劑，在400-800℃無需催化劑條件下，脫硫劑與煙氣中的SO₂發(fā)生氣相反應，達到脫硫目的。

  高效氣相脫硫技術是將經(jīng)系列化學反應加工得到的高效復合氣相脫硫劑(固體)，經(jīng)氣力輸送系統(tǒng)由噴槍直接將脫硫劑噴入高溫煙道中，脫硫劑迅速與SO₂反應生成硫化合物，凈化后的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣 。

  圖4. 高效氣相脫硫技術工藝流程圖

  技術特點

  1）現(xiàn)有脫硫技術一般為氣-液反應，液氣比高，反應效率低，能耗高。氣相脫硫比現(xiàn)有廣泛應用的液相脫硫技術具有反應效率高、脫硫效率高（95%以上，SO₂可達50mg/Nm³以下）的優(yōu)點；

  2）高效氣相脫硫技術設備簡單、耗電少。與液相法脫硫技術相比，大幅度降低了固定資產(chǎn)投入，設備投資可降低30%以上；

  3）脫硫產(chǎn)物易于處理。高效氣相脫硫技術的反應產(chǎn)物經(jīng)捕集后，可作為農(nóng)用肥料，經(jīng)濟性好。

  表4 各脫硫技術運行成本比較

  高效氣相脫硫技術已在電廠進行了現(xiàn)場試驗，鍋爐類型為170t/h煤粉爐，煙氣量為30×104Nm³/h。

  圖5. 高效氣相脫硫技術在電廠的脫硫結(jié)果

  從上述結(jié)果得出，高效復合劑將SO₂從4000mg/Nm³脫除至45mg/Nm³，脫除率高達98.87%，能夠滿足環(huán)保部對SO₂控制在50 mg/Nm³以下的要求。

  項目三、 高效氣相煙氣脫硫技術

  高效氣相脫硫技術是在氣相中脫硫劑與SO₂發(fā)生反應，具有反應速度快、脫除效率高、運行成本低，對現(xiàn)場工況的影響小和適用范圍廣的特點，是一項具有廣泛應用前景的脫硫技術，對解決我國目前的煙氣處理難題具有重要的現(xiàn)實意義，適用于多種工業(yè)鍋爐和窯爐。