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發布者︰环亚AG環保設備 發布時間︰2017-05-15

我國是一個燃煤大國,煙氣污染已經造成嚴重的後果。近30%的國土成為酸雨區,加劇了本來就存在的人口多,耕地少、資源匱乏的矛盾。因此如何盡可能地少投入而又達到治理污染的目的,怎樣變廢為寶以充分回收資源,是決策人員在決定每一個污染治理項目時優先考慮的問題。所以脫硫脫硝一體化工藝的出現正好適應這方面的需求,而能得到產品的一體化工藝   受青睞。
  上述的幾種脫硫脫硝一體化工藝中,大部分工藝都能得到產品。如分步式脫硫脫硝工藝中的DESONOX過程和SNOX過程都有硫酸生成,氧化吸收法可得到硫銨;在同步式脫硫脫硝一體化工藝中,NOXSO過程可制取硫磺,銅法吸收還原過程也能獲取酸或硫,電子束法和脈沖放電法則能同時生成硫銨和硝銨,還有同步催化還原法得到的是高純度的硫。按照現有的工藝,煙氣中的SO2一般都能轉化成硫酸或硫磺得以回收,而NOx大都還原成N2,也有轉化成硝酸或硝酸鹽的例子。當然,選擇何種一體化工藝需要結合實際綜合考慮,因地制宜,但是不管怎麼說,基于回收為目的之一的煙氣脫硫脫硝一體化工藝應該是我國煙氣污染治理今後一個可供選擇的發展方向。
  人們   初對燃煤煙氣的污染控制是從消除SO2的排放開始的,後來由于對NOx︰π勻鮮兜奶岣,使得脫硝技術也逐漸得到應用和推廣。隨著大氣污染的日趨嚴重,以及人們環保意識的逐步增強,煙氣脫硫脫硝一體化工藝的出現引起了各國普遍關注。一體化工藝將脫硫脫硝技術合並在同一套工藝流程中進行,不但可削減裝置數量、降低投資成本和節省操作費用,而且可減少廢物產生,又同時達到脫硫脫硝目的。經過各國工程技術人員的不斷探索和實踐,脫硫脫硝一體化工藝不斷得到完善,目前世界上已有不少工業   的燃煤發電廠配備有一體化工藝脫硫脫硝設備。下文將按照脫硫脫硝流程中SO2和NOx的反應特點,逐一介紹幾種技術較成功或研究較熱門的脫硫脫硝一體化工藝。
  1、分步式脫硫脫硝
  分步式脫硫脫硝,是指煙氣中SO2和NOx的轉化是分步進行的一體化工藝德國的DESONOX過程和HaldorTops?e的SNOX過程、氧化吸收法脫硫脫硝過程等屬于此類工藝過程。
  1.1、DESONOX和SNOX過程
  DESONOX過程由Degussa公司開發成功,1988年在德國M nster一家93MW燃煤發電廠興建該過程的工業示範裝置,並由Degussa公司提供催化劑,1990年夏正式投入運行。具體流程描述如下︰煙氣經高溫(460℃)靜電除塵使粉塵量降至20mg/m?以下後,進入雙層催化劑的固定床反應器   層為NOx的SCR催化劑,如V2O5/TiO2Fe2O3以及各種分子篩催化劑,反應溫度400~460℃,期間噴入的NFI3將NOx還原成N2和H2O。   層為SO2氧化催化劑,可用貴金屬催化劑或V2O5催化劑,   佳操作溫度400~450℃。在該套裝置上選用了Degussa發明的氧化催化劑,特別適用于高粉塵和低SO2濃度的場合。反應後的煙氣經二級冷凝後得到70%濃度的硫酸可供銷售。未冷凝的SO3再經三級噴淋吸收,形成的酸霧用   的過濾器捕集,效果十分顯著。經過上述步驟後的煙氣溫度已降至50℃以下,再將煙氣輸送到硫酸冷凝器進行熱交換,以利于   溫度(高于80℃)的煙氣從煙囪排放。   終排放的煙氣中NOx含量低于200mg/m?的德國標準,SO2含量為120~140mg/m?,僅為250mg/m?的德國SO2排放標準的一半,經過5000小時運行試驗,SO2的脫除率達93~97%。
  1991年底,由   能源部等部門投資的一個稱之為SNOX一體化工藝的工業示範裝置,在   俄亥俄州愛迪生公司下屬的Niles燃煤發電廠建成,裝置安裝在發電能力為115MW的鍋爐煙氣的側線上(相當于發電量為35MW)。SNOX過程是由丹麥的HaldorTops?e公司設計開發的,其核心內容與上述DESONOX過程基本相同,即︰在   個催化劑床層內進行NOx的SCR反應,   個催化劑床層內進行SO2氧化反應。SNOX過程的SO2和NOx的脫除率均在90%以上。該過程的特別之處在于︰生成的硫酸蒸汽經一個專門設計的WSA冷凝器後,每天可得到28t93%~95%濃度的硫釀其它不同之處主要在于熱交換器的設置上。
  DESONOX過程和SNOX過程的優點是︰脫硫脫硝效率高;副產硫酸;煙氣熱量得到充分利用,無需額外添置熱交換器;沒有廢物(如價值不大的石膏)產生等等。
  1.2、氧化吸收法
  氧化吸收法是70年代的日本科學家提出的,其設想是利用煙氣中的O2先將部分NO催化氧化成NO2,再由堿溶液吸收N2O3和SO2和硫酸鹽。我國也于近年立項對該法進行研究與技術開發,並提出以氨水作吸收劑,使N2O3和SO2轉化成硫酸銨,以達到   回收SO2和NOx中硫和氮資源的目的。該法過程簡單,應用前景看好。但NO氧化催化劑在SO2氣氛中的性能穩定性問題一直阻礙著氧化吸收法技術的發展,近十年來幾乎沒有與之相關的研究報道。這也就成為我國科技工作者重點研究的課題。
  2、同步式脫硫脫硝
  在同步式脫硫脫硝一體化工藝中,SO2和NOx的轉化是在同一個脫硫脫硝設備中同時進行的,這樣可進一步減少裝置所佔空間和降低投資操作費用。SOX-NOX-ROXbox(SNRB)過程、NOXSO過程、一體式濕法和干法過程、銅法吸收還原過程,以及電子束法和脈沖放電法、催化還原法脫硫脫硝過程等都屬此類工藝過程。
  2.1、SOX-NOX-ROXbox(SNRB)過程
  SNRB過程由Babcock&Wilcox公司開發,也是由   能源部等部門資助,在俄亥俄州愛迪生公司下屬的R.E.Burger燃煤發電廠建立5MW規模的試驗裝置。該過程的特點是︰SO2、NOx和粉塵的脫除是集中在一個高溫袋式反應器內進行的,並可適用于高硫煤煙氣的治理。在袋式反應器內實際發生的過程有三個︰在煙氣中注入鈣基或鈉基吸收劑以脫除SO2;注入NH3用SCR法還原NOx;用高溫陶瓷縴維袋式過濾器捕集粉塵。從反應器出來的煙氣通過熱交換後就可直接排放。試驗結果顯示,SO2的脫除率為70%~90%,NOx的脫除率為90%,粉塵的脫除率高達99%。
  2.2、NOXSO過程
  NOXSO過程也是   能源部“潔淨用煤”龐大計劃的一個項目,工業示範裝置安裝在Niles燃煤發電廠另一個108MW發電能力鍋爐的煙氣出口處該過程采用負載在高表面積氧化鋁小球上的Na2CO3作吸收劑,同時吸收SO2和NOx,並考慮了吸收劑的再主。具體過程是︰經過除塵後的煙氣進入流化床進行吸收,使用過的吸收劑被送入加熱爐分解,溢出的NOx循環進入鍋爐燃燒室以抑制NOx的形成;未分解的Na2SO4用CH4還原,放出的SO2按Claus過程制取硫磺;   後的吸收劑冷卻後返回流化床。NOXSO過程的SO2和NOx的脫除率分別達97%和70%。
  2.3、銅法吸收還原過程
  銅法吸收還原過程一般采用CuO/Al2O3作吸收劑,CuO含量通常佔4%~6%,在300~450℃的溫度範圍內,與煙氣中的SO2發生反應,形成的CuSO4及CuO對SCR法還原NOx有很高的催化活性。吸收飽和的CuSO4被送去   。   過程一般用H2或CH4氣體對CuSO4進行還原,釋放的SO2可制酸,還原得到的金屬銅或Cu2S再用煙氣或空氣氧化,生成的CuO又重新用于吸收還原過程。吸收還原過程   初采用固定床作吸收反應器,80年代Pittsburgh能源技術中心改用流化床以保證過程連續進行,後來又設計了氣-固涓流床、徑向移動床等反應器模式。銅法吸收還原過程是60年代由Shell公司提出的,經過30多年的研究,至今仍沒有工業化的報道。主要原因是由于CuO在不斷的吸收、還原和氧化過程中,物化性能逐步下降,經過多次循環之後就失去了作用。載體Al2O3長期處在含SO2的氣氛中也會逐漸失活。此外,雖然脫硫脫硝是在一個反應器中完成的,但後處理過程比較復雜。
  2.4、一體式濕法和干法過程
  一體式濕法和干法過程,就是在濕法和干法脫硫的基礎上加入脫硝過程。濕法和干法過程的共同點是在原有的SO2吸收劑中添加吸收NOx的物質。如在濕法脫硫溶液中加入Fe(Ⅱ)EDTA,以強化NOx在水溶液中的吸收;在噴霧干燥過程中加入NaOH來脫除NOx。這兩項工藝也都由   能源部主持開發和實施,據稱,前者在中試規模上的SO2脫除率高于90%,NOx的脫除率為50%~70%;後者SO2和NOx的脫除率分別為70%~90%和35%~50%。
  2.5、電子束法和脈沖放電法
  電子束法和脈沖放電法是近年來人們較為關注的干法煙氣治理方法。1970年,日本Ebara公司   先提出電子束法煙氣脫硫技術。1982年,德國Karlsruhe核研究中心和Karlsruhe大學共同進行了電子束法脫硫脫硝工藝的研究。目前已有包括中國在內的多個   建立了該項工藝的示範裝置。電子束法脫硫脫硝設備的基本原理是︰煙氣經電子束照射後,產生大量的O、OH和HO2等自由基,反應性極強的自由基在水的存在下,將SO2和NO氧化成硫酸和硝酸,硫酸和硝酸與注入的NH3反應,生成硫銨和硝銨。電子束法可達到90%以上的脫硫率和80%以上的脫硝率,且不產生廢物,被認為是一種   有應用前景的低成本煙氣處理工藝。脈沖放電法是稍後發明的,其脫硫脫硝的基本原理與電子束法幾乎相同,不同之處在于︰前者是脈沖放電使煙氣產生自由基,後者則通過電子束照
  射來實現。脈沖放電法的優勢在于可同時脫除粉塵。研究表明,煙氣中存在的粉塵有利于脈沖放電法脫硫脫硝效率的提高。因此,脈沖放電法集三種污染物脫除于一體,成為   具吸引力的煙氣治理方法,我國也對此項研究給予重點支持,但目前尚未有工業應用的報道。不過,這兩種方法的電耗較高,約佔電廠發電量的3%。此外,   電子發生裝置的可靠性是過程穩定運行的關鍵。
  2.6、同步催化還原法
  早在1967年,Ryason和Harkins就對SO2和NOx被CO同步催化還原進行過研究。Charles W.Quinlan也研究了SO2和NOx同時在Cu/Al2O3床層上與CO的反應,轉化率為75%~80%,90年代,馬建新等人利用煙氣中可能存在的成分,如H2、CO或CH4等作還原劑,同時將SO2和NOx催化還原成S、N2、CO2和威H2O,SO2和NOx的轉化率分別高達98%以上。同步催化還原法無需後處理過程,工藝簡單,投資也少,因而   競爭力。但目前尚有一些問題有待解決,如O2對催化劑還原性能的影響等。 

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