工業經濟中,脫硝技術的發展及研究

來源:admin 時間:2021-10-04 06:40:08

大量排放的氮氧化合物會給大氣環境帶來很大的污染,為響應國家環保政策,對燃氣輪機中氮氧化合物的排放提出了更高的要求。燃氣渦輪運行中,煙塵的NOx初始排放很低,隨著系統工作強度的增加,系統阻力降低,傳統的脫硝方法效果不高,要使NOx的排放達到安全的指標,提高脫硝技術水平是最有效的解決辦法。

一、燃氣輪機脫硝現狀。

伴隨著國民經濟的發展,以及能源結構的迅速變化,燃氣輪機裝機量不斷增加。NOx的排放越來越多,它給人類健康和環境帶來的危害是巨大的,對人體的呼吸道系統有很大的損害,并會形成酸雨。酸霧,破壞大氣臭氧層,嚴重污染大氣環境。根據國家環保政策,將脫硫技術應用于燃氣輪機運行過程中,除去燃燒煙氣中的氮氧化物,能最大限度地減少對環境的污染。國內主要的脫硝技術,一方面是采用低氮燃燒法,使燃燒過程中的氮素含量最小;提高NOx的控制技術,其中選擇性催化還原(SCR)技術應用最為廣泛,一般用于尾端脫硝處理環節。但是許多煤炭電廠,以煤炭為主要原料,排放較多,而且所產生的SO2.粉塵等會堵塞催化劑,降低催化劑脫硝效果。

工業經濟中,脫硝技術的發展及研究(圖1)

二、燃機脫硝技術進展。

燃燒工藝的核心是SCR脫硝催化劑。當前,國內大多數工業企業都采用釩鈦基催化劑,毒性較大,因此研究取代釩鈦催化劑,具有十分重要的現實意義。發動機排煙中NO2含量很高,根據不同型號的實際運行情況,燃燒方式也不一樣,一般情況下,NO2含量占總氮量的50%以上,隨著NO2含量的增加,與SCR反應的速率會加快,從而促進NOx的轉化,使尾氣中的煙塵,SO2含量大幅下降,很大程度上減少了催計劃阻塞。

國內目前普遍使用的燃機催化劑均為進口產品,大大提高了脫硝效率,一般可達95%以上。且該脫硝性能優良,大大提高了脫硝的抗毒性,是非常安全的催化劑。面臨著巨大的市場需求,我國許多環保企業也在加大對催化劑的研究和開發力度,國家對催化劑的生產技術投入很大,使其技術達到國際領先水平。

三.燃氣輪機脫硝技術要點。

(1)注入蒸汽技術。

這種工藝是指在燃機運行過程中,當溫度達到一定高度時,向燃燒區內注入水、蒸汽等介質,使熱量被水和蒸汽充分吸收而降低溫度,從而降低NOx的釋放。在這些指標中,水基是最重要的參數之一。水油含量太低時,將使注水蒸汽技術的節能減排效果大打折扣,降低燃氣輪機綠色節能運行水平。水油過高時,會因燃燒不完全而殘存大量燃燒產物CO和烴類UHC,造成燃機工作效率大幅下降,不利于燃氣輪機運行效率的穩定。一般說來,可以采用缸內直接注水的方法,掌握一定的水燃料比例,盡量保證水燃料比低于0.15,可以減少燃氣輪機5%的NOx排放,燃油燃燒過程中,NOx產生NOx的主要途徑有三種:熱態NOx,當空氣中的氮達到某一溫度后氧化生成;氮化物在燃燒過程中,通過進一步熱分解產生NOx;一種速態NOx,是燃燒時氮和碳氫離子團反應產生的NOx。另外,也可以采用缸前加水的方法。可以根據不同的機器選用不同的方法。

㈡干式低氮燃燒技術。

當前,對于燃氣輪機來說,脫硝技術較為成熟,是干式低氮燃燒技術。它的技術原理是通過改進燃燒設備,或者調整合適的燃燒條件,從而減少燃燒尾氣中各種NOx含量的指標。NOx的生成機制:NOx是由NO和NO2共同組成,N2燃燒時產生的NOx含有熱NOx和燃料NOx。在這一過程中,熱NOx是大氣中的N2,當達到燃燒條件時,氧與氧反應生成NO,溫度降低,O2氧化產生NO2;它的燃料NOx是N2的一部分,由氧轉化產生NO和NO2。它的特定化學反應公式如下:

一氧化氮+二氧化氮。

2NO+O2---2NO2。

由以上反應機理可知,影響天然氣燃燒過程產生NOx的主要因素有燃燒溫度.處于高溫區的時間和各煙氣中各氣體混合濃度等。干式低NOx燃燒技術是通過改變空氣燃燒率.燃燒溫度和燃燒器的形狀等來降低氮氧化物的產生。起初,該技術是由美國GE公司于1970年開發,為了滿足環保要求,經過多年的研究和不斷的實踐應用,目前技術已經得到很好的改進,可進一步降低NOx的排放濃度至9μmL/L以下。最近幾年最好的控制技術能夠把NOx濃度控制在2μmL/L以下,新技術的改進使燃燒過程中的NOx排放達到標準水平[1]。

燃氣輪機脫硝

(三)尾端脫硝技術。

燃燒機脫硝的核心是SCR,煙氣選擇性催化還原脫硝法,通常用于燃氣輪機尾煙。它的主要應用原理是,利用還原劑有選擇性,可以選擇性地使還原劑和煙氣中的NOx發生反應,產生無毒、無害的N2和H2O。一種技術方法是在高溫的條件下將NOx還原為N2和水,噴入含NOx的尾氣或其它氮化物。這是第一次在日本研制成功,成為第一個煙氣脫硝工藝。SCR反應器放置于燃氣輪機的排氣管和空氣預熱器之間,煙氣溫度高達300℃,是分解NOx的最佳位置。應用這種技術,減少氮氧化物的排放,應注意合理使用催化劑。SCR系統是利用催化劑的作用,使煙氣中的介質發生選擇性反應。另外還有尿素、氨水等還原劑。通常采用純氨99.9%,確保不含雜質;尿素為顆粒狀,在使用中需將尿素注入水中溶解。有人指出,當煙氣中氨與氧選擇性地和廢氣中的NOx進行反應時,250℃反應溫度最高[2],從而使SCR系統在較低的溫度下脫硝效果更好。

結語:總之,現階段大氣生態環境問題是全球關注的熱點,因而為燃氣輪機大批量生產操作提供了方便,而其NOx排放對人類和生態環境造成的危害也不容忽視。提高相關技術人員的脫硝技術水平,使NOx脫硝效果達到國家環保要求的水平。而且,國內對燃機脫硝催化劑的研究還不多,應加大國內催化劑和還原劑的研究開發,提高脫硝技術水平,使其更好地發揮環保優勢。


脫硝臭氧發生器