活性氨烟气脱硝技术
活性氨烟气脱硝技术
朱维群，山东大学国家胶体材料工程技术研究中心，电话136********，地址：山东省济南市山大南路20号，邮编：250100
摘要SCR脱硝技术是利用NH3（包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨）在催化条件下于320~400℃与NOx发生氧化还原反应生成N2和水，SNCR是NH3在高温（800-1000℃）下与NOx发生反应；高活性氨基还原剂(NR3)脱硝技术是在中等反应温度450~800℃，无催化剂条件与NOx发生氧化还原反应，从而达到脱硝的目的，我们称之为活性氨烟气脱硝(HSR)技术。
关键词SCR，SNCR，脱硝，活性氨
1.概述
在众多烟气脱硝技术中，SCR和SNCR是应用最为广泛的两种技术。
SCR 由于其反应温度较低、脱硝效率高等优点，成为控制烟气中NOx的首选方法。在SCR 技术中催化剂是核心，催化剂的性能直接影响NOx的脱除效果，其成本约占SCR系统总成本的20%～40%，运行成本占40-50%。催化剂容易中毒，增加了系统的不稳定性；
SNCR脱硝技术是在炉膛或烟道合适温度(850~1000℃)的位置喷入氨基还原剂或尿素，无需催化剂，利用还原剂释放出的NH3选择性地将烟气中的NOx还原为无害的N2和水。在SNCR 工艺中存在如下问题：含量10-20%氨或尿素水溶液喷入反应区内会造成高温反应区内骤然大幅降温，而且反应区内各区域的温度不均匀，从而导致脱硝效率低下，目前一般的脱硝效率仅为30-50%，而且系统在900℃时的脱硝效果几近为零，并且影响炉内燃烧效率。SNCR技术脱硝率中等，不需要催化剂，运行费用较低，建设周期短，适合中小型锅炉的改造。
针对SCR和SNCR技术的缺点，我们研究开发了活性氨烟气脱硝(HSR)技术。
2.活性氨烟气脱硝技术
2.1活性氨烟气脱硝原理
SNCR脱硝技术的核心是NH3在高温下与NOx发生氧化还原反应；SCR脱硝技术的核心是利用NH3在催化条件下与NOx发生氧化还原反应，那么，我们能否找到一种氨基还原剂及其生产技术，使它具有比NH3高的反应活性，既不需要催化剂，也不需要太高的反应温度，而能够与NOx发生氧化还原反应而达到脱硝
的目的？
现在，我们发现了一种氨基还原剂(NR3)及其生产技术，它能够在反应温度450~800℃，无催化剂条件与NOx发生氧化还原反应，从而达到脱硝的目的。我们称之为活性氨烟气脱硝(HSR)技术。它的技术特点与SCR、SNCR对比如下：
活性氨烟气脱硝技术与SCR、SNCR技术的对比
从上表可以看出，活性氨烟气脱硝HSR技术具有SCR和SNCR两者的优点，既具有SCR技术高的脱硝率又具有SNCR技术建设投资费用低、运行费用低的优势，从而克服了两者的缺点，具有广阔的发展前景。
2.2活性氨烟气脱硝工艺流程
首先建立一套活性氨基还原剂NR3发生装置，然后通过计量系统，利用喷氨格栅喷入脱硝反应区内，使其与烟气充分混合并接触反应。其中，脱硝反应温度为450~800℃。活性氨基还原剂NR3与烟气中NOx反应迅速。
整个系统包括发生系统、计量系统、喷氨格栅等。
活性氨烟气脱硝技术的NOx脱除效率主要取决于适当的反应温度、NR3和NOx 的化学计量比、混合程度、反应时间等。研究表明活性氨烟气脱硝工艺的温度控制至关重要，最佳反应温度是650℃，若温度过低，NR3的反应不完全，可能造成NR3泄漏；而温度过高，NR3则容易被氧化为NOx，抵消了NR3的脱除效率。温度过高或过低都会导致还原剂的损失以及NOx脱除率的下降。通常设计合理的活性氨烟气脱硝工艺可达到70%-90%的NOx脱除效率。
2.3活性氨烟气脱硝技术特点
(1)系统简单：不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有燃煤锅炉的基础上增加活性氨发生装置，通过计量系统、适合的温度窗口及喷氨格栅即可，系统结构比较简单；
(2)系统投资小：相对于SCR投资大约在40~60美元/kW的昂贵造价及高运行成本，活性氨烟气脱硝工艺由于其系统简单（投资大约在15美元/kW，以及运行中不需要昂贵的催化剂，显然更适合我国国情；
(3)阻力小：对锅炉的正常运行影响较小；
(4)系统占地面积小：活性氨发生装置占地面积小。
2.4活性氨烟气脱硝技术的适应性分析
1、在活性氨烟气脱硝HSR技术系统设计上，采用自动调节方式，通过炉内的蒸汽量、风量及煤粉的含氮量，用表比的方法，自动调整NR3的喷入量，达到所需的处理效果。
2、由于活性氨烟气脱硝系统采用气气混合并利用喷氨格栅，只要烟气温度>450℃，即可达到预期的处理效果。在锅炉的不同负荷条件下，气气混合的适应性、稳定性、脱硝效率和有效温度区间内比液气混合更好，对炉内工况影响小。
3、活性氨烟气脱硝系统采用气化工艺，只与节热气等接触，所以不会对锅炉本体造成损坏。
2.5活性氨烟气脱硝技术的工程应用
活性氨烟气脱硝HSR技术虽然暂无工业应用，但由于投资少，具有SCR和SNCR的优点，同时克服了两者的缺点，因此具有广阔的发展前景。
目前，可利用适合的温度窗口进行脱硝试验，取得基本数据后再进行技术推广。
3.结论
活性氨烟气脱硝(HSR)技术具有重大的理论突破和应用技术突破，它具有以下优势：
①现有脱硝技术是利用NH3(包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨)在高温下（SNCR技术）或催化条件下（SCR技术）与NOx发生反应而达到脱硝的目的，活性氨脱硝技术是利用活性氨基还原剂(NR3)在中等反应温度、无需催化剂条件下与NOx发生反应而达到脱硝目的，具有重大的理论突破。
②活性氨烟气脱硝HSR技术具有设备投资少、脱硝效率高、运行成本低和适用范围广的特点，是一项具有广泛应用前景的脱硝技术，对于解决我国目前的脱硝难题具有重要的现实意义。
③活性氨烟气脱硝HSR技术克服了现有SCR技术的催化剂投资大、烟气成分影响大、运行成本高等诸多缺点，克服了SNCR技术的反应温度高、还原剂与烟气混合程度差、脱硝效率低、氨气逸出量大等一系列缺点。
④活性氨烟气脱硝HSR工艺不用催化剂，解决了目前我国脱硝催化剂质量不高、生产成本高、烟气成分影响大、运行费用高等一系列重要问题；活性氨烟气脱硝反应温度不高，反应选择性好，避免了SNCR脱硝工艺所存在的多种问题。
⑤活性氨烟气脱硝技术只需建立活性氨NR3发生装置及其计量喷射系统，对锅炉的影响很小。
⑥HSR烟气脱硝技术所具有的多种优势，使它适用于多种工业锅炉和工业窑炉的烟气脱硝，直至汽车尾气的处理。
目前，由于氮氧化物及其衍生产物PM2.5对我国环境污染的加重，我国的脱硝问题已成为十分紧迫的现实问题。国家近期出台了一系列方针政策来促进脱硝技术的实施，但由于脱硝技术难度大、投资成本高、运行费用大等一系列问题，脱硝工作进展不尽人意。活性氨烟气脱HSR硝技术所具有的多种优势将会有力促进我国的脱硝工作。
参考文献：略