摘要:本文主要介绍了烟气中氮氧化物的危害和目前三种常用的脱硝工艺,对三种脱硝工艺各自的优缺点进行了分析比较。详细介绍了燃煤电厂除尘脱硝一体化功能性滤料的研制过程及滤料性能指标,该滤料具有对烟气净化及氮氧化物催化分解的双重功效。
前言
我国大气环境的煤烟型污染严重,并出现向混合型污染转变的趋势,烟尘、SO2 、 NOX、Hg排放总量已居世界第一,SO2和NOX的排放量均超过环境自净能力,环境状况形势十分严峻。
2011年7月29日,国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局发布了最新的《火电厂大气污染物排放标准》。《标准》中规定氮氧化物:
自2012年1月1日起,对于新建火力发电锅炉及燃气轮机机组执行100 mg/m3的氮氧化物限值;自2014年7月1日起,现有的火力发电锅炉和燃气轮机机组执行100 mg/m3的氮氧化物限值;重点地区的火力发电锅炉和燃气轮机机组执行100 mg/m3的氮氧化物限值;
燃煤电厂烟气中产生的污染物包括硫氧化物、氮氧化物、粉尘等有害成分,尤其氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐,硝酸是酸雨的成因之一;它与其他污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。提高氮氧化物的分解效率具有非常重要的现实意义。
2、常见脱硝工艺
2.1 SCR(选择性催化还原法)
利用还原剂在催化剂的作用下,有选择性的与烟气中的NOX反应,生成氮气和水,从而脱出烟气中的NOX。SCR系统特点:
图1 SCR脱硝工艺
但是SCR催化剂的工作条件比较恶劣,存在着中毒失效问题,必须定期更换,更换时间据具体情况而定。
2.2 SNCR(选择性非催化还原法)
利用还原剂在不需要催化剂的情况下有选择的与烟气中的氮氧化物(NOX)发生化学反应,生成氮气和水的方法。
图2 SNCR脱硝工艺
2.3 SCR+ SNCR混合脱硝工艺
混合SNCR - SCR 系统前端是SNCR系统,后端的SCR系统对烟气进一步脱硝,使还原剂得到充分利用。最主要的改进是省去了SCR 设置在烟道里的复杂AIG(氨喷射)系统,并减少了催化剂的用量。
图3 SCR+ SNCR混合脱硝工艺
3、脱硝催化功能性滤料的研制
在上述的几种脱硝工艺中,都存在一定的缺点,为了进一步提高氮氧化物的脱除效率,在高温烟气进行除尘同时,研发设计新型结构的除尘滤料,不改变烟气工况的前提下,实现氮氧化物的催化分解。其中滤料采用三层结构:迎尘层、缓冲层和催化分解层。通过引入了表面过滤、烟气缓冲、深层分解等滤料结构的设计,提高滤料的过滤性能,增加滤料分解有害气体的功能,提高滤料的使用寿命。
3.1迎尘层
涂层技术引入到迎尘层的加工中,产生表层过滤效果。与覆PTFE微孔膜的表面过滤技术相比,对滤料透气量的影响显著降低;与非织造布深层过滤比较,提高了阻挡微细尘粒能力,同时表面易清灰。迎尘层的主要作用是截留烟尘中的飞灰。
3.2 缓冲层
纤维层内纤维错综排列,形成无数网格。气流在纤维层内穿过时,要经过多次激烈的转弯。当微粒质量较大或者气流速度较大时,在转弯处,微粒或气流由于惯性来不及绕过纤维,而是向纤维不断靠近,微粒在纤维上沉积下来,气流速度被减缓。
表1滤料性能指标
形态特征
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单位面积质量
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1279 g/m2
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单位面积质量偏差
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-14.1%,+12.0%
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厚度
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2.85mm
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厚度偏差
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-2.7%,+3.8%
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强力特征
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断裂强力
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经向
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923N/5×20cm
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纬向
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1045N/5×20cm
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断裂伸长
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经向
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13.5%
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纬向
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11.3%
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透气性
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透气度
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6.5m3/m2·min
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透气度偏差
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-27.1%,+39.0%
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催化分解层主要在160-220℃的温度范围内,在少量O2存在的条件下,通过催化剂与氮氧化物接触,进行催化分解。
超细PTFE纤维+P84纤维→ 迎尘层
PTFE纤维+P84纤维→缓冲层 → 素毡→滤料
V2O5-WO3/TiO2植入PTFE膜→催化层
图4 脱硝功能性滤料制备工艺
4、新型脱硝催化功能性滤料的性能特点
该新型滤料是在制备传统除尘滤料的同时,将V2O5-WO3/TiO2催化剂植入PTFE膜中,在将植入脱硝催化剂膜的PTFE载体同迎尘层、缓冲层一同针刺,形成针刺毡滤料。
4.1 具有除尘和脱硝的双重功效
该产品是在原有过滤材料中复合了具有催化分解氮氧化物的功能滤料,因此,在高效除尘的同时可以将氮氧化物在高温下同步分解,降低了氮氧化物的排放浓度;
4.2 温度匹配性好
PTFE纤维和P84纤维都可在260℃以下长期运行,而催化剂的有效分解温度为150-220℃,因此在温度上匹配性较好;
4.3催化分解效率高
纤维中使用粉体状催化剂,并且采用PTFE超细微孔膜作为载体,提高了催化剂的附着效果。比目前块状(蜂窝煤状)的比较,增大废气与催化剂的接触面积,提高了对废气的分解效率。
4.4 环境适应性好
可以在高湿度、高氧化、高酸碱腐蚀的环境中保持良好的分解效率和使用寿命;
4.5 造价成本低
无需增加新的除尘设备和改造,由于该新型滤料与普通滤料差异很小,可以直接在现有的袋式除尘器上使用,因此没有任何设备改造等费用。
5、结论
本文中研发的燃煤电厂除尘脱硝一体化功能性滤料,实现了滤料的单一除尘功效的突破,除了实现对粉尘的高效阻隔,还能够实现氮氧化物的催化分解。尤其是对现有脱销工艺中存在脱硝效率不高的缺点的补充,因此对于降低氮氧化物的排放具有重要的意义。——刘江峰,徐辉(安徽省元琛环保科技有限公司,安徽合肥,230011)