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绿谷燃气分布式能源系统SCR脱硝应用

工程业绩

绿谷燃气分布式能源系统SCR脱硝应用

分类:
SCR脱硝
2019/07/24 16:48
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随着能源需求以及能源与环境的矛盾不断深化, 燃气分布式能源(natural gas distributed energy,NGDE)系统先在美国推广并逐渐被其他国家所接受,并率先在发达国家得到快速发展。随着能源市场机制的完善以及可持续发展战略的实施,NGDE 系统迅猛的发展,目前美国、欧洲、日本及韩国等国家技术较为先进。
在我国,20 世纪 90 年代末开始积极推动分布式能源的发展,在 2003 年国内陆续开始建设分布式能源站,先后建成北京燃气大厦调度中心、上海浦东机场、上海黄浦区中心医院等 NGDE 项目。2011 年《关于发展天然气分布式能源的指导意见》的发布以及发展 NGDE 被写入“十二五” 能源发展规划,标志着发展 NGDE 被正式纳入国家能源发展战略。2014 年国家发展改革委、住房和城乡建设部、国家能源局等三部委联合发布《燃气分布式能源示范项目实施细则》,标志着行业已规范发展;2015 年中共中央、国务院出台《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》,开启了行业发展新篇;2017 年国家发改委印发《加快推进天然气利用的意见》,NGDE 发展正式进入快速发展时期。
 
 燃气分布式能源(NGDE)
NGDE 系统是相对于传统的集中式能源生产与供应模式而言的,是就近直接向用户提供各种形式能量的中小型终端供能系统,便于实现能源综合梯级利用,在具有更高能源利用率的同时还具有更高供能安全性以及更好的环保性能。热水,向楼宇建筑内供应空调冷热水、生活热水及电力供应的能源供应系统。随着《打赢蓝天保卫战三年行动计划》和《北方地区冬季清洁取暖规划(2017—2021 年)》的不断推进,燃气分布式能源站的脱硝改造工作要求日趋严格。NOx 一直被认为是造成环境污染的主要物质之一,NOx 排放控制是环境污染治理的重点和难点,其危害主要有酸雨作用、诱发光化学烟雾、温室效应和光化学反应等。目前国内内燃机排放标准执行的是汽车发动机的排放标准,NOx 排放指标为 500 mg/m3,虽然设备厂家提供的内燃机设备 NOx 排放质量浓度为 250 mg/m3,但随着环保要求的不断提高,以内燃机为原动机的楼宇型 NGDE 项目的脱硝改造势在必行。
选择性催化还原法(SCR)脱硝工艺
能源项目脱硝改造中,国际上普遍采用烟气脱硝,因为烟气脱硝具有较高的脱硝效率,脱硝后的烟气完全符合 NOx 的国家排放标准。一般在我国常用的烟气脱硝是选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝技术,SCR 烟气脱硝技术的脱硝效率达到 90%以上,在国内外应用较多,技术程度高,氨逃逸率较低[8-9],因此 SCR 烟气脱硝技术是燃煤机组、燃气机组烟气脱硝的主要应用技术之一。
SCR 烟气脱硝技术主要指利用 NH3 等还原剂,在特定的温度环境中,利用催化剂,将烟气的 NOx 催化还原为 N2 和 H2O,再排放到大气中的技术。SCR 脱硝原理如图 1 所示。脱硝系统中的还原剂为碳氢化合物(如 CH4、C3H6 等)、NH3、尿素(CH4N2O)等,在大规模工业应用的还原剂主要是NH3(氨),其次是 CH4N2O(尿素)。SCR 脱硝技术的主要反应方程式为:

4NO + 4NH3 + O2 ® 4N2 + 6H2O

6NO2 +8NH3 ® 7N2 +12H2O

燃烧反应产生的烟气 NOx 主要以NO的形式存在(95%以上),其中式(1)的反应在较窄的温度范围内(980 ℃左右)进行,但是加入催化剂,反应温度则可扩展到很大的范围内,例如钒钨钛脱硝催化剂的温度范围为 270~420 ℃,分子筛脱硝催化剂的温度范围为 390~600 ℃。在进行催化还原的过程中,还可能发生如下的副反应:

4NH3 + 5O2 ® 4NO+6H2O

2NH3 ® N2 +3H2

     4NH3 + 3O2 ® 2N2 +6H2O

NH3 + SO3 +H2O ® NH4HSO4

NH3 + 2SO3 +H2O ® (NH4 )2SO4

 
   NH3的分解反应发生在350℃以上,在 300 ℃以下时会发生NH3 氧化成N2 的副反应,在 230 ℃ 以下容易引起 NH3 与 SO3 反应生成 NH4HSO4 或(NH4)2SO4,反应温度的控制较为关键;但是一般 在天然气分布式能源项目中,尾部烟气不存在SOx,反应(6)和(7)不会发生。
 
    NGDE 适用于具有稳定基础电力负荷、冷暖负荷
且年运行时间较长的工业园区、商业综合体、医院、宾馆、写字楼、机场、数据中心等。本文研究的楼宇式 NGDE 系统是以内燃机或微燃机为动力设备,通过配套相关的余热利用机组产生冷