導熱油爐的脫硫原理與電站鍋爐相同,但因其規模小、煙氣量少、參數不同,在設備選擇和系統設計上更有針對性,通常采用更為緊湊、投資和運行成本較低的技術。
對于中小型的導熱油爐,最常用、最經濟有效的技術是鈉堿法噴霧干燥脫硫或循環流化床脫硫。這種方法結合了堿法的高效率和干法/半干法的簡單性。
一套典型的用于導熱油爐的鈉堿法脫硫系統主要包括:
脫硫塔(反應塔):
功能:是SO?被去除的核心場所。
結構:通常為立式圓筒形塔體,頂部或中部設置噴霧裝置。
吸收劑制備與供應系統:
溶堿罐/攪拌罐:用于將袋裝的純堿或燒堿粉末與清水混合,攪拌配制成一定濃度的溶液。
供應泵:將配制好的堿液輸送至脫硫塔頂部的霧化系統。
霧化系統:
核心設備:雙流體霧化噴嘴(或旋轉霧化器)。它利用壓縮空氣的巨大能量將堿液充分霧化成極其細小的液滴(幾十到上百微米),形成巨大的比表面積,與煙氣高效混合反應。
這是系統的關鍵部件,霧化效果直接決定脫硫效率。
自動化控制系統(PLC控制柜):
功能:這是系統的“大腦”。
控制邏輯:系統根據導熱油爐的負荷(可通過主電機電流或煙氣量判斷)和煙氣出口的SO?在線監測儀反饋的濃度信號,自動調節堿液供應泵的頻率和計量閥的開度,精確控制堿液的噴射量。實現“按需脫硫”,避免浪費,保證穩定達標。
下游的除塵設備(與脫硫系統配套使用):
功能:捕獲脫硫反應后產生的干粉狀副產物和煙氣中原有的粉塵。
常用設備:布袋除塵器。其濾袋表面的粉塵層(預涂層)還能進一步吸收未反應完全的SO?,提高整體脫硫效率。
脫硫效率高:可達90%以上,輕松滿足各地環保要求(如小于50mg/m3或35mg/m3)。
系統簡單,投資和運行成本低:相對于石灰石-石膏濕法,設備緊湊,占地面積小,非常適用于工業鍋爐/導熱油爐這種規模。
無廢水產生:屬于半干法過程,最終產物是干粉,只需處理固體廢物,沒有復雜的廢水處理問題。
反應產物易處理:產生的亞硫酸鈉/硫酸鈉混合物為中性干粉,收集后作為工業固體廢物處理即可。
不易結垢堵塞:鈉鹽溶解度遠高于鈣鹽,系統不易發生結垢和堵塞,維護簡單。
對于導熱油爐脫硫,基于鈉堿法的噴霧干燥脫硫系統是目前市場上最成熟、最普遍、性價比最高的選擇。它通過PLC系統智能控制堿液噴射量,與后端布袋除塵器高效協同,能穩定可靠地幫助導熱油爐用戶達到嚴格的二氧化硫超低排放標準。
]]>一個典型的SCR脫硝系統主要由以下幾個部分組成:
還原劑儲存與供應系統:
通常使用液氨、氨水或尿素作為還原劑來源。尿素需要在系統中經過熱解或水解后生成NH?。
包括儲罐、蒸發器、稀釋風機、噴射泵等設備。
還原劑噴射系統:
位于SCR反應器上游的煙道上。
通過精心設計的噴槍格柵,將還原劑均勻地噴射并混合到煙氣中。
SCR反應器:
是系統的核心,內部裝填有催化劑。
煙氣與還原劑在反應器中充分混合后,在催化劑表面發生還原反應。
催化劑:
通常是以二氧化鈦為載體,五氧化二釩和三氧化鎢或三氧化鉬為活性成分的蜂窩式、板式或波紋式催化劑。
催化劑的設計和選擇直接影響脫硝效率、系統阻力和運行成本。
吹灰系統:
由于煙氣中含有粉塵,會堵塞催化劑孔道,因此需要定期使用聲波吹灰器或蒸汽/壓縮空氣吹掃器清除催化劑表面的積灰,保持其活性。
還原劑(如液氨)經蒸發后與稀釋空氣混合,形成安全的氨氣混合氣。
該混合氣通過噴射系統被均勻地注入到SCR反應器前的煙道中,與煙氣充分混合。
混合后的煙氣進入SCR反應器,穿過催化劑層。
在催化劑的最佳工作溫度窗口(通常為?300-420℃)下,NH?與NOx發生還原反應,生成N?和H?O。
凈化后的煙氣經過空氣預熱器、除塵器和脫硫裝置后,經煙囪達標排放。
優點:
脫硝效率高:通??蛇_80%-90%,甚至更高。
技術成熟,運行可靠,應用廣泛。
副產物為無害的N?和H?O,無二次污染。
對鍋爐等主體設備運行影響較小。
挑戰與缺點:
初始投資高,催化劑價格昂貴。
運行成本較高,涉及催化劑的更換和還原劑的消耗。
氨逃逸:未反應的微量氨氣會隨煙氣排出,可能造成下游設備腐蝕和環境污染。
煙氣溫度需滿足催化劑活性要求,對低負荷運行的鍋爐可能需要進行煙氣再加熱。
催化劑失效后屬于危險廢物,需要妥善處理。
SO?氧化:催化劑可能將部分SO?氧化成SO?,與逃逸的氨生成硫酸氫銨,易堵塞和腐蝕下游的空預器等設備。
SCR脫硝技術以其極高的脫硝效率和可靠性,成為全球范圍內電站和工業鍋爐滿足嚴格環保排放標準的首選技術。盡管存在投資運行成本高、氨逃逸等問題,但通過不斷優化催化劑性能、改進噴射和控制系統,它仍然是當前控制氮氧化物最有效的技術手段之一,為減少酸雨、光化學煙霧和霧霾等環境問題做出了重要貢獻。
]]>鍋爐脫硫技術可分為三大類:燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫(煙氣脫硫)。其中,煙氣脫硫( FGD)?是目前應用最廣泛、最成熟的技術。
1. 煙氣脫硫(FGD) – 主流技術
根據脫硫劑的種類和副產物的形態,主要分為濕法、干法和半干法。
濕法脫硫
原理:?采用堿性物質(如石灰石、生石灰)的漿液作為吸收劑,在吸收塔內與煙氣中的SO?充分接觸并發生化學反應,從而將其去除。
代表技術:石灰石-石膏法
過程:?將石灰石(CaCO?)粉磨成漿液,泵入吸收塔。煙氣從塔底進入,與自上而下的漿液逆流接觸。SO?與漿液反應生成亞硫酸鈣,進而被強制氧化生成副產品石膏(CaSO?·2H?O)。
特點:
優點:?脫硫效率極高(>95%),技術成熟,應用最廣。
缺點:?系統復雜,投資和運行成本高,存在廢水處理問題,煙氣需要再加熱以防止“白煙”和腐蝕。
其他濕法:?氨法、鈉堿法等。
干法/半干法脫硫
原理:?采用干態或霧化的吸收劑(如消石灰、生石灰)在干燥或半干燥狀態下與SO?反應,生成干態的粉狀副產物。
代表技術:噴霧干燥法(SDA)
過程:?將生石灰制成石灰漿液,然后通過高速旋轉的霧化器在吸收塔內霧化成極細的液滴。這些液滴與熱煙氣接觸,一方面水分迅速蒸發,另一方面與SO?發生反應,最終形成干燥的粉末狀副產物。
特點:
優點:?系統相對簡單,投資和運行成本低于濕法,無廢水產生,產物為干粉易于處理。
缺點:?脫硫效率(80-90%)通常低于濕法,吸收劑消耗量較大。
其他干法:?循環流化床(CFB)脫硫技術、爐內噴鈣等。
2. 燃燒前脫硫
在燃料燃燒前,通過洗選、轉化等方式去除燃料中的部分硫分。例如,煤炭洗選可以去除大部分無機硫。這種方法只能部分脫硫,不能替代煙氣脫硫。
3. 燃燒中脫硫(爐內脫硫)
在燃燒過程中,向爐內直接加入石灰石等吸收劑,使其與燃燒產生的SO?反應。此法脫硫效率較低,通常需與后續脫硫工藝配合使用。
鍋爐脫硫,特別是煙氣脫硫(FGD),是現代工業鍋爐和電站鍋爐必不可少的環保設施。其中,石灰石-石膏濕法脫硫因其極高的脫硫效率成為大型鍋爐的首選技術;而干法/半干法脫硫則因其投資少、無廢水等優點,在中小型鍋爐和缺水地區應用較多。
]]>1. 燃燒中控制(低氮燃燒技術)
原理:通過改進燃燒器結構或調整燃燒方式(如分級燃燒、煙氣再循環等),在燃燒過程中抑制NOx的生成。
特點:這是成本最低的減排措施,通常是首選和基礎措施,但脫除效率有限(約30%-50%),無法單獨滿足最嚴格的排放標準。
2. 燃燒后處理(煙氣脫硝)
主流技術:選擇性催化還原(SCR – Selective Catalytic Reduction)
原理:在催化劑作用下,向含NOx的煙氣中噴入還原劑(通常是氨氣或尿素溶液),使NOx被選擇性地還原成無害的氮氣(N?)和水(H?O)。
核心反應:NOx + NH? → N? + H?O
特點:
效率高:脫硝效率可達80%-90%甚至更高。
技術成熟:是全球范圍內電站鍋爐脫硝的絕對主流技術。
投資和運行成本高:需要昂貴的催化劑和復雜的控制系統。
其他技術:選擇性非催化還原(SNCR – Selective Non-Catalytic Reduction)
原理:在不使用催化劑的情況下,在高溫區域(通常為900-1100°C)噴入還原劑(尿素或氨水),將NOx還原。
特點:
效率較低:脫硝效率一般為30%-50%。
系統簡單,投資成本低:適用于小型鍋爐或作為SCR的補充。
對溫度窗口要求非常嚴格。
濕法脫硫采用堿性物質的水溶液或漿液作為吸收劑,在濕態下與SO?反應,產物也為濕態。
原理:?在吸收塔內,煙氣與吸收劑漿液充分接觸,SO?被漿液吸收并發生化學反應。
代表工藝:石灰石-石膏法 (應用最廣,占90%以上)
最終產物:?商品級石膏,可用于建材行業。
優點:?脫硫效率極高(>95%),技術成熟,應用廣泛,副產物可利用。
缺點:?系統復雜,投資和運行成本高,耗水量大,存在廢水處理問題。
半干法采用霧化的堿性漿液作為吸收劑,在反應塔內,煙氣的熱量使吸收劑霧滴干燥,同時在干、濕兩種狀態下與SO?發生反應。
原理:?將生石灰加水消化制成熟石灰漿液,然后將其精細霧化噴入吸收塔。微小的液滴與熱煙氣接觸,同時發生傳熱(水分蒸發)和傳質(SO?被吸收)。
代表工藝:旋轉噴霧干燥法
最終產物:?干態粉末混合物(含亞硫酸鈣、硫酸鈣、飛灰和未反應的吸收劑)。
優點:?耗水量少,無廢水排放,系統比濕法簡單。
缺點:?脫硫效率較濕法低(80-90%),吸收劑消耗量大,副產物利用價值較低。
干法采用干燥的堿性粉末作為吸收劑或吸附劑,在干態下與SO?反應,反應產物也是干態的。
原理:?將堿性吸收劑(如消石灰粉)直接噴入煙氣中,在反應器內吸收劑與SO?發生氣固兩相反應。
代表工藝:循環流化床干法脫硫
詳細過程:
吸收劑粉末在流化床反應塔內與煙氣充分混合接觸。
為了維持反應效率,通常需要向煙氣中噴入少量水霧,以降低煙氣溫度、提高吸收劑活性,但水量嚴格控制,最終產物保持干態。
反應后的固體物料大部分通過除塵器收集下來,其中未反應的吸收劑可再次循環噴入反應塔,提高利用率。
最終產物:?干態粉末混合物。
優點:?無廢水、流程簡單、投資和運行成本較低、占地小。
缺點:?脫硫效率相對較低(70-90%),吸收劑消耗量大,副產物難以利用。
SCR反應器是選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction, SCR)?脫硝技術的核心設備。它是一個大型的、內部裝有催化劑的容器或空間,工業煙氣(如燃煤電廠、燃氣輪機、垃圾焚燒廠、船舶發動機、工業鍋爐等排放的煙氣)在通過它時,其中的氮氧化物(NOx)會在催化劑的作用下,與注入的還原劑(通常是氨氣或尿素)發生化學反應,生成無害的氮氣(N?)和水(H?O),從而大幅降低NOx的排放。
一個完整的SCR系統不僅包括反應器本體,還包括其上下游的關鍵設備。
上游系統:
還原劑制備與噴射系統:
尿素溶液儲罐 & 水解/熱解爐:如果將尿素溶液作為還原劑,需要將其加熱分解為NH?和CO?。
液氨/氨水儲罐 & 蒸發器:如果將液氨或氨水作為還原劑,需要將其汽化為氣態氨。
噴氨格柵(AIG):位于反應器入口前的煙道內,由一系列噴嘴組成,確保氣態氨與煙氣均勻混合。
反應器本體:
反應器殼體和煙道:通常由碳鋼制成,內部有防腐和保溫襯里,能承受高溫和腐蝕。
催化劑層:反應器的“心臟”。通常設計為2-4層,像書架一樣布置在反應器內。
類型:常見的有蜂窩式、板式和波紋板式。
成分:活性成分主要是V?O?(五氧化二釩)-WO?(三氧化鎢)-TiO?(二氧化鈦)體系。
吹灰器:由于煙氣中含有粉塵,會堵塞催化劑孔道。吹灰器(通常是蒸汽吹灰器或聲波吹灰器)定期工作,清除催化劑表面的積灰,保持其活性。
催化劑吊裝與更換系統:設計有專門的檢修門和吊裝機構,便于催化劑的安裝、測試和更換。
下游系統:
煙氣分析儀(CEMS):在反應器出口連續監測NOx、NH?(氨逃逸)、O?等濃度,并將信號反饋給噴氨系統,實現閉環控制。
3.優勢:
脫硝效率極高:可達90%以上,是目前最成熟、應用最廣、效率最高的煙氣脫硝技術。
技術成熟可靠:運行穩定,有豐富的運行經驗。
副產物無害:主要生成氮氣和水,無二次污染。
典型的煙氣處理流程:
干法脫硫(如鈣基噴射)→ 布袋除塵器
脫硫階段:向煙道中噴入吸收劑(如Ca(OH)?),與SO?反應生成固態顆粒物(如CaSO?/CaSO?)。
除塵階段:脫硫產物與煙氣中原有粉塵一同被布袋除塵器捕集。
脫硫依賴除塵:干法脫硫生成的固態產物需通過高效除塵(如布袋)分離,否則會導致排放超標。
除塵提升脫硫效率:布袋表面形成的粉塵層可進一步吸附未反應的脫硫劑,延長氣固接觸時間,提高脫硫率(可達90%以上)。
脫硫劑要求:需選用活性高、粒徑細的藥劑(如納米CaCO?),確保充分反應且不易堵塞布袋。
預除塵需求:若煙氣含塵量高,可在脫硫前增設旋風除塵,避免布袋負荷過大。
濾料材質:需耐溫(≤260℃)、耐酸堿(如PTFE覆膜濾料),抵抗脫硫產物的腐蝕性。
清灰優化:采用脈沖噴吹清灰,防止脫硫產物板結(需調整噴吹壓力與頻率)。
煙氣流速:通??刂圃?.8~1.2 m/min,兼顧脫硫反應時間與除塵效率。
壓降平衡:脫硫后煙氣濕度可能增加,需監控布袋阻力(一般維持1,000~1,500 Pa)。
無廢水產生:相比濕法脫硫更環保。
協同減排:可同步去除SO?、顆粒物及部分重金屬(如Hg)。
運維成本低:設備緊湊,能耗低于濕法系統。
副產物利用:脫硫灰(含CaSO?/CaSO?)需妥善處理(如建材原料)。
系統堵塞風險:濕度控制不當易導致布袋板結,需加強煙氣監測(露點溫度預警)。
干法脫硫與布袋除塵的緊密結合,形成了“以廢治廢”的干式凈化體系,尤其適合中小型污染源治理。
]]>技術類型 | 原理 | 適用場景 | 改造難點 |
---|---|---|---|
SCR(選擇性催化還原) | 在催化劑作用下,NH?將NOx還原為N?+H?O | 高脫硝效率(≥90%),燃煤/燃氣電廠 | 催化劑壽命、氨逃逸控制 |
SNCR(非催化還原) | 高溫下(850~1100℃)噴入NH?/尿素還原NOx | 中小鍋爐、垃圾焚燒廠 | 脫硝效率低(30~50%) |
SCR+SNCR聯合 | 結合兩者優勢,提高脫硝效率 | 高NOx排放工況 | 系統復雜性增加 |
低溫SCR | 催化劑活性溫度窗口下移(120~300℃) | 余熱鍋爐、鋼鐵燒結機 | 抗硫抗水性要求高 |
SCR系統擴容:增加催化劑層數(如從2層增至3層)或擴大反應器截面積。
SNCR升級為SCR:適用于原SNCR無法滿足超低排放要求的項目。
低溫SCR改造:替代傳統高溫SCR,節省煙氣再熱能耗(如燃氣鍋爐)。
傳統釩鈦系催化劑:適用于燃煤電廠,但易受砷、堿金屬中毒。
蜂窩式 vs 板式:蜂窩式比表面積大但易堵塞,板式壓降低適合高塵環境。
抗中毒催化劑:
抗砷/堿金屬催化劑:添加鎢、鉬等助劑。
抗硫催化劑:用于高硫煤煙氣(如CeO?改性催化劑)。
再生或更換:
化學清洗再生(恢復活性組分)。
更換為高活性催化劑(如提高釩含量或采用分子篩催化劑)。
模塊化設計:分區域更換催化劑,減少停機時間。
精準噴氨控制:
增加多點噴氨格柵(AIG),結合CFD模擬優化分布均勻性。
引入智能控制系統(基于CEMS數據動態調節氨流量)。
氨逃逸控制:
加裝氨逃逸監測儀(目標≤2.5ppm)。
增設氨回收裝置或末端濕式電除塵(WESP)捕逃逸氨。
與脫硫/除塵協同:
SCR+濕法脫硫(WFGD)聯合:避免氨逃逸形成硫酸氫銨(ABS)堵塞空預器。
前置除塵改造:在SCR前加裝低低溫電除塵(LLT-ESP),減少飛灰對催化劑的磨損。
煙氣旁路設計:
增設SCR旁路煙道,適應低負荷或啟停工況。
經濟性平衡:催化劑成本占SCR總投資的30~50%,需權衡壽命與性能。
政策合規性:符合《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2020)等法規。
安全風險:氨區防爆改造(如泄漏監測、應急噴淋系統)。
通過針對性改造,煙氣脫硝系統可在效率、能耗和可靠性上顯著提升,實現環保與經濟的雙贏。
]]>針對天然氣中可能含有的微量氮化物(如NH?、HCN等):
吸附法:使用活性炭、分子篩等吸附劑去除含氮雜質。
催化轉化:通過催化劑將含氮化合物轉化為N?或無害物質。
針對燃燒產生的NOx,常用方法:
原理:在催化劑作用下,向煙氣中噴入還原劑(氨或尿素),將NOx還原為N?和H?O。
優點:效率高(可達90%以上),適用于高溫煙氣(300-400℃)。
缺點:催化劑成本高,需控制氨逃逸。
優點:設備簡單,成本低。
缺點:效率較低(30-70%),溫度窗口窄。
原理:將NO氧化為NO?,再用堿液(如NaOH)或氧化劑(如H?O?)吸收。
適用場景:適用于小規模或低濃度NOx處理。
通過優化燃燒條件減少NOx產生:
低氮燃燒技術:采用分級燃燒、煙氣再循環(FGR)降低火焰溫度,抑制熱力型NOx。
貧燃預混燃燒:避免局部高溫,減少NOx生成。
NOx濃度:高濃度優先選SCR,低濃度可選SNCR或吸收法。
溫度條件:SCR需適宜溫度,SNCR需高溫窗口。
成本:SCR投資高但效率高,SNCR運行成本低但效率有限。
]]>
高效脫硝:在催化劑作用下,NOx去除率可達80%~95%,出口濃度可降至50mg/m3以下,滿足嚴苛環保標準(如中國超低排放要求)。
技術成熟:自20世紀70年代商業化以來,全球廣泛應用,運行穩定可靠。
適應性強:可處理高濃度NOx煙氣(1000ppm以上),適用于燃煤、燃氣、化工等多種行業。
反應器:布置在鍋爐省煤器與空預器之間(高溫高塵方案主流)。
噴氨系統:通過AIG(氨噴射格柵)實現均勻分布。
催化劑層:按2+1或3+1層設計,預留備用層以延長壽命。
控制系統:根據煙氣流量、NOx濃度動態調節噴氨量。
SCR憑借其高效率和可靠性,仍是當前煙氣脫硝的最優解,尤其在嚴排放標準下不可替代。
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