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低温废加热与脱硝优化技术
 
一. 低温废气脱硝流程
     随着NOx排放低于50mg/Nm3的环保标准的实施,原来不脱硝或者只经过SNCR脱硝就可以排放的废气不得不采用高效SCR脱硝技术。低温废气SCR脱硝系统流程如下:
主要设备有:
废气回热器:高效热利用设备。有直接气气换热器、介质循环气气换热器其中气气换热器最紧凑。
废气加热器:可以用蒸汽、导热油、天然气等,将废气温度加热到SCR脱硝的必须温度。
SCR反应器中温220-280脱硝和低温160-220脱硝两者SCR脱硝,所用催化剂不同。
尿素热解器:将尿素溶液高温热解制氨,安全性高,适合小流量的脱硝。
热解加热器:有电加热、油气加热等两种加热器。
风机:有原烟气风机和热解风机两台,原废气风机压头需要大幅度提高。
 
二. 尾部废气脱硝的温度要求
    工业上很多含NOx的气体以及垃圾焚烧电厂烟气,都是经过了前端处理后的废气温度在70-100左右。SCR脱硝需要合适的温度,普通催化剂的活性温度在300-400,中温催化剂要求200-250温度范围,低温催化剂也要求160-200,因此所有待处理的废气都需要升温,才能实现高效率的SCR脱硝
 
三. 废气的加热参数的选择
按照目前的SCR催化剂性能,废气可以在160-250℃的中低温区脱硝。但具体选择哪个温度范围,取决于一定时间内的脱硝成本费用。规定的年限内,脱硝的成本费用包括:系统投资、运行费用、维修费用等。
系统投资
系统投资是脱硝工程一次性建设总费用,包括SCR反应器及催化剂、回热器与加热器、尿素热解系统、风机及风道、仪表与控制系统等。系统投资温度关系巨大。温度高,回热器与加热器的总价升高,风机加大,但催化剂用量少,单价也便宜
★运行费用
运行费用包括系统的电耗、加热的能耗、尿素消耗等,综合起来即为运行费用。
★维修费用
维修费用主要是催化剂的更换成本。催化剂使用寿命一般为2-3小时,更换催化剂是一笔不小的费用。
根据上述三方面的费用,可以确定一定时间内的总费用,经济为最佳脱硝温度
 
四. 废气的加热方式的选择
废气的加热方式取决于用户的客观条件。如果蒸汽,显然用蒸汽升温是最恰当的,当然加热温度受到限制。一般而言220以下的加热温度,可用蒸汽,再高就只能用导热油或者天然气几种加热方式系统如下:
1. 蒸汽加热

2. 导热油加热蒸汽加热是最常用的加热手段,可以以3.3—3.5MPa蒸汽为热源,将废气升温到220废气余热可以通过循环回热器预热废气到160左右

3. 燃气加热对于温度较高或者没有蒸汽条件的场合,用导热油加热不失为较好的加热手段。导热油炉内吸热,在废气侧放热,可以将废气加热到160-250废气余热可通过导热油的循环回热器加以利用。

 对于没有蒸汽,也没有高温烟气的场合,脱硝是麻烦的事,不过有些系统有可燃气,就可以用可燃气体为燃料,直接加热废气和热解气,系统简单。废气余热可以用水循环或者导热油循环来利用。
五. 废气加热器
假设废气50000Nm3/h,初始温度为80排气温度为120℃。加热可用燃气、导热油、或者蒸汽。以蒸汽加热为例,其参数如下:
废气蒸汽加热器参数
条目
废气温升
加热功率KW
换热面积m2
废气阻力Pa
蒸汽压力MPa
饱和温度
蒸汽耗量t/h
180℃脱硝
140--180
>780
>830
320
>1.5
201
1.5
220℃脱硝
180--220
>800
>830
350
>3.3
240
1.7
六. 废气回热器
1. 回热方式
废气余热回收装置就是回热器,可用脱硝后的废气,预热低温的原废气以降低加热器的负荷,节约能源。回热方式有直接气气换热介质循环气气换热两种方式热管换热等三种方式。
直接气气换热器
直接气气换热器是一种比较简单的回热方式,缺点是装置过于庞大,投资较大。
  
★介质循环气气换热器
介质循环气气换热器是以水或者导热油为循环介质,在循环加热段使废气预热,在循环冷却段使废气降温,需要循环泵。当水为循环介质时,为避免水气化,在循环管路系统中需要恒压控制装置,使循环系统的每处压力都高于饱和压力。当导热油为循环介质时,可以在120-320的温度范围内进行回热循环,还可以用来加热到脱硝温度,系统简单。但导热比热远小于水的比热,同样传热功率的情况下,循环电功率几乎是水循环的2倍,而且导热油还存在寿命问题和管路清洗问题,因此使用起来比较麻烦。
介质循环气气换热器与气体接触的部分都是翅片管,面积大体积小,可以分段布置也可以一体化布置,使用灵活,因此比直接气气换热器小许多,投资也要少一些。
杭州迪卡公司独创的压力水循环气气换热技术,可以将废气预热160℃,系统简单可靠,使用简便。
热管式气气换热器
    热管式气气换热器与介质循环气气换热器相似,只是没有介质循环,而是依靠热管工质的蒸发与凝结实现热量的传递。热管换热器虽然简单,但使用的温度范围与压力水循环传热相差无几,可靠性较差,寿命不长,因而与压力水循环相比没有突出优势
 
2. 废气回热器及其参数举例
    以废气流量为50000Nm3/h为例废气温度为80排气温度为120分别估算180脱硝220脱硝的回热器的有关数据,与直接气气换热器进行比较。如下表:
循环水参数
条目
循环水温度
循环水压力Pa
循环水t/h
循环水阻力MPa
循环功耗KW
180℃脱硝
100-160
0.7-1.0
17
<0.1
3.5
220℃脱硝
100-200
1.6-2.0
17
<0.2
4.5
 
参数
条目
180脱硝
220脱硝
循环换热
直接气气换热
循环换热
直接气气换热
废气回热温度
180
180
220
220
废气加热温度
140
140
180
180
热功率KW
1160
1160
1950
1950
废气阻力Pa
1740
1840
3000
3380
回热器面积m2
4620
1730
7950
3150
热器元件
Φ32*3+翅片
Φ32*2
Φ32*4+翅片
Φ32*2
热器重量t
15
30
26
58
尺寸m
2.2*4.5*1.8
1.8*7.5*3.2
2.2*4.5*3
1.8*14*3.2
    由对比参数可知,介质循环的气气换热器直接气气换热器要优越得多。
 
七. 尿素热解系统
SCR脱硝的反应剂为氨气。如果直接用氨气或者氨水,都存在安全性问题,管理成本高,所以对于废气脱硝系统,选择尿素热解制氨是合理的选择
对于尿素耗量小于50kg/h的小型热解装置,整个尿素系统可以集成在一起,系统简单,结构紧凑,便于小型SCR系统的应用。

尿素
热解器: 
    尿素热解器是尿素热解系统的关键设备。尿素热解一般需要550-600高温空气,可以用电加热或者可燃气加热获得。热解器此温度下将尿素溶液分两步热解成氨气。
尿素热解反应为:CO(NH2)2=NH3+HNCO      HNCO+H2O=NH3+CO2
热解器采用不锈钢制作,内部气流要均匀,溶液通过蒸汽或压缩空气雾化,雾化平均滴径低于50微米,雾炬不能碰壁要保证足够的热解时间。由于异氰酸分解的需要,热解气的温度不能低于320.
杭州迪卡公司提供尿素供应气体加热和热解器系统。
 
八. 脱硝反应器
脱硝反应器是SCR脱硝的核心装置,包括喷氨系统、均流装置、吹灰装置、催化剂,其中催化剂是关键。废气脱硝催化剂一般选用中低温催化剂,即温度范围在160-200和200-250低温催化剂品种较多,性能差异也较大。对于50000Nm3/h的废气,所需催化剂量和大致价格如下:
180脱硝时,用低温催化剂,35m3单价约6万元/m3;
220脱硝时,用中温催化剂,18m3,单价3万/m3.
 
 

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