一种新型脱硝除碳烟气净化装置的试验探究_程志远.pdf

2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月“十四五”以来，“碳达峰、碳中和”“蓝天保卫战”日益成为焦点1。2 0 2 0年，打赢蓝天保卫战三年行动计划圆满收官，超额实现“十三五”提出的总体目标和量化指标2，6项主要排放污染物平均质量浓度同比均明显下降，全国P M2.5，P M1 0，O3，S O2，N O2，C O平均质量浓度同比分别下降8.3%，1 1.1%，6.8%，9.1%，1 1.1%，7.1%。S O2污染问题已经基本解决，N O2质量浓度在连续几年基本维持不变的情况下明显下降3。1中国主要排放污染物现状中共中央 国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见中指明：到2 0 2 5年，主要排放污染物总量持续下降，单位国内生产总值C O2排放比2 0 2 0年下降1 8%，N Ox排放总量比2 0 2 0年下降1 0%以上4。可见，主要污染物节能减排是一个长期挑战。6项主要排放污染物中，S O2，N O2，C O 排放与石油化工、金属冶炼、电力热力等产业密不可分5。中华人民共和国生态环境部统计2 0 1 7 2 0 2 1年期间，S O2，N O2，C O 的排放总量逐年减少，但每年减排量也逐年减少，如图1所示。发展节能减排技术，深挖节能减排潜力，更加深入、长远地减少排放污染物，仍然任重道远。收稿日期：2022-10-21基金项目：山西省自然科学基金计划资助项目（2010011028）作者简介：程志远，1990年生，男，山西晋城人，助理工程师，主要从事煤层气发电技术的研究工作。一种新型脱硝除碳烟气净化装置的试验探究程志远（晋能控股装备制造集团金驹煤电化有限责任公司，山西 晋城0 4 8 0 0 0）摘要：来自中华人民共和国生态环境部2 0 1 72 0 2 1年统计，S O2，N O2，C O的排放总量逐年减少，但每年减排比例也逐年降低，发展节能减排技术，深挖节能减排潜力，是节能减排工作的长期命题。新型脱硝除碳烟气净化装置独特的烟气净化技术，使催化剂能够在高温阶段（4 5 0 5 5 0），有效地与N Ox，C O快速进行催化反应，使得N Ox，C O能在较低的反应活化能垒下反应生成无害气体。为进一步加强对脱硝除碳技术的认识，挖掘市场推广潜质，将市场上广泛应用的仅有脱硝功能的烟气净化装置与新型脱硝除碳烟气净化装置进行类比试验，以烟气流量和喷氨量为独立变量，以烟气净化装置入口温度和反应面积为相关变量，以含氧量和瓦斯成分为约束条件，进行试验探究。探究成果有助于新型脱硝除碳烟气净化装置的市场推广，促进烟气净化技术推广和普及，为更好、更快实现节能减排与绿色发展提供支撑。关键词：节能减排；脱硝除碳；烟气净化中图分类号：X 7 7 3文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 0 8 9-0 4Test Exploration of a New-type Flue Gas Purification Device for Denitrification andCarbon RemovalCHENG Zhiyuan(Jinju Coal Electrification Co.,Ltd.,Jinneng Holding Equipment Manufacturing Group,Jincheng 048000,Shanxi,China)Abstract:According to the statistics of Ministry of Ecology and Environment of the Peoples Republic of China from 2017 to2021,the total emission of SO2,NO2and CO was decreasing year by year,but the proportion of annual emission reduction wasalso decreasing year by year.It is a long-term proposition of energy conservation and emission reduction to develop energyconservation and emission reduction technologies and tap the potential of energy conservation and emission reduction.The uniqueflue gas purification technology of the new-type flue gas purification device for denitrification and carbon removal enables thecatalyst to effectively conduct catalytic reaction with NOxand CO in the high temperature stage（450-550）,so that NOxandCO can react to generate harmless gas under a low reaction activation energy barrier.In order to further strengthen theunderstanding of denitrification and carbon removal technology and tap the potential of market promotion,the flue gas purificationdevice with only denitrification function widely used in the market was compared with the new-type flue gas purification devicefor denitrification and carbon removal.The test was conducted with flue gas flow and ammonia injection as independent variables,flue gas purification device inlet temperature and reaction area as related variables,and oxygen content and gas composition asconstraints.The research results will contribute to the market promotion of the new-type flue gas purification device for denitrificationand carbon removal,promote the promotion and popularization of flue gas purification technology,and provide support for betterand faster realization of energy conservation,emission reduction and green development.Key words:energy conservation and emission reduction;denitrification and carbon removal;flue gas purification（总第2 1 0期）节能减排8 9 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0352 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月电力行业作为排放污染物的第二大污染源6，节能减排是重中之重。近些年，电力行业持续推进清洁能源低碳转型，将高能耗的燃煤机组逐渐变更为清洁能源机组，将自备电厂转变为公用电厂7。瓦斯发电技术便是清洁能源发电的一种新形式，特别是低浓度瓦斯发电技术，利用原本直接排空的1 5%低体积分数瓦斯燃烧做功，进而发电，实现自发自用，多余上网，对改善能源结构、保障煤矿安全、保护生态环境、实现节能减排发展具有重要意义8。瓦斯燃烧做功必然产生N Ox，S O2，C O 等排放污染物，对这些排放污染物进行净化脱除具有重要意义。2新型脱硝除碳烟气净化装置试验2.1新型脱硝除碳烟气净化技术的意义及原理国内电力行业烟气净化技术主要有两种：选择性非催化还原法（S e le c tiv eN o n-C a ta ly ticR e d u c tio n，S N C R）以及选择性催化还原法（S e le c tiv eC a ta ly ticR e d u c tio n，S C R）9。瓦斯发电技术因其特有的燃烧特性，多采用S C R1 0，将烟气中的不同污染物集中在同一个容器内同时进行交叉处理，即将指定浓度尿素溶液通过压缩空气喷洒到烟气中，于涂有催化剂的反应床层上进行反应，减少污染物的排放或者将有害污染物转变为无害物质。该烟气净化技术投资少，工艺简单，应用范围较广。市场上广泛应用的S C R仅有脱除N Ox（脱硝）的作用，不能满足当前脱除C O（除碳）的需要。南京工业大学研制出一种能够同时脱除N Ox和C O 的烟气净化技术。其催化剂能够在高温阶段（4 5 0 5 5 0），有效地与N Ox，C O 快速进行催化反应。以N H3为还原剂的S C R，催化剂N2选择性高，S O2/S O3转化率低，同时其独特的储/释氨特性使得能够在波动烟气下维持较高的脱硝活性1 1。脱除C O的原理为在催化剂作用下，C O能在较低的反应活化能垒下与O2在催化剂表面活性位进行快速的氧化还原反应，即催化氧化，生成C O2回到烟气中。反应过程无其他副产物及任何污染，具有脱除效率高，无污染副产物等优点。2.2新型脱硝除碳烟气净化装置的试验基础瓦斯发电机组排放污染物主要由发电机组负荷（烟气流量）、烟气温度（烟气净化装置入口温度）、过剩空气系数（含氧量）和尿素溶液（喷氨量）、催化剂装填量（反应面积）、瓦斯成分等决定。试验旨在探究新型脱硝除碳烟气净化装置的实用性，以烟气流量和喷氨量为独立变量，以烟气净化装置入口温度和反应面积为相关变量，以含氧量和瓦斯成分为约束条件，进行试验探究。试验采用国产10 0 0k W 瓦斯发电机组，尿素溶液作为还原剂，使用除盐水溶解搅拌，配套搅拌罐、输送泵、空压机、计量泵等1 2。装置参数如表1所示。2.3新型脱硝除碳烟气净化装置的试验过程为确保试验数据全面可靠，具有相对性，对新、旧2组烟气净化装置进行对比。同时为保证烟气取样器寿命及精度，每次试验测试3组，以1 5m in为间隔测试时间点。首先测定无烟气净化装置初始排放数据，关闭喷氨，排放数据如表2所示。测试结果显示：N Ox质量浓度高，波动大；存在S O2；C O体积分数维持在0.0 7 60%左右。原始N Ox平均质量浓度为34 0 7m g/m3。图 1 20172021 年 3 项主要排放物质量浓度对照图35302520151050CO 平均质量浓度/（mg m-3）NO2，SO2平均质量浓度/（g m-3）20172018201920202021年份NO2质量浓度；CO 质量浓度；SO2质量浓度1.71.41.41.310111318242727311.1923注：2017 年数据为 338 个城市的数据，20182020 年数据为 337 个城市的数据，2021 年数据为 339 个城市的数据。9 0 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月表 2 无烟气净化装置初始排放数据注：考虑经济性，试验采用颗粒催化剂。表 1 新型脱硝除碳烟气净化装置参数表测定旧烟气净化装置正常脱硝排放数据。喷氨