選擇性催化還原性
在眾多的脫硝技術(shù)中, SCR 是脫硝效率最高,最為成熟的脫硝技術(shù)。1975年在日本Shimoneski電廠建立了第一個SCR系統(tǒng)的示范工程,其后SCR技術(shù)在日本得到廣泛應(yīng)用。在歐洲已有120多臺大型裝置的成功應(yīng)用經(jīng)驗,其NOx 的脫除率可達到80% ～90%。日本大約有170套裝置,接近100 GW 容量的電廠安裝了這種設(shè)備。美國政府也將SCR技術(shù)作為電廠控制NOx 主要的技術(shù)。SCR已成為目前國內(nèi)外電站脫硝比較成熟的主流技術(shù)。
1 原理及流程
SCR技術(shù)是還原劑(NH3、尿素)在催化劑作用下,選擇性地與NOx 反應(yīng)生成N2 和H2O,而不是被O2所氧化,故稱為“選擇性”。主要的反應(yīng)式見式(1)和式(3) :
4NH3 + 2NO2 +O2 →6N2 + 6H2O (3)
SCR系統(tǒng)包括催化劑反應(yīng)室、氨儲運系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)及相關(guān)的測試控制系統(tǒng)。SCR 工藝的核心裝置是脫硝反應(yīng)器,水平和垂直氣流的2種布置方式如圖1所示。在燃煤鍋爐中,由于煙氣中的含塵量很高,因而一般采用垂直氣流方式。
按照催化劑反應(yīng)器安裝在煙氣除塵器之前或之后,則可分為“高飛灰”或“低飛灰”脫硝, SCR布置方式如圖2所示。采用高塵布置時, SCR反應(yīng)器布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間。優(yōu)點是煙氣溫度高,滿足了催化劑反應(yīng)要求。缺點是煙氣中飛灰含量高,對催化劑防磨損、堵塞及鈍化性能要求更高。對于低塵布置, SCR布置在煙氣脫硫系統(tǒng)和煙囪之間。煙氣中的飛灰含量大幅降低,但為了滿足溫度要求,需要安裝煙氣加熱系統(tǒng),造成系統(tǒng)復(fù)雜,運行費用增加,故一般選擇高塵布置方式。
2 主要影響因素
在SCR 系統(tǒng)設(shè)計中,最重要的運行參數(shù)是煙氣溫度、煙氣流速、氧氣濃度、SO3 濃度、水蒸汽濃度、鈍化影響和氨逃逸等。煙氣溫度是選擇催化劑的重要運行參數(shù),催化反應(yīng)只能在一定的溫度范圍內(nèi)進行,同時還存在催化的最佳溫度(這是每種催化劑特有的性質(zhì)) ,因此煙氣溫度會直接影響反應(yīng)的進程;而煙氣的流速直接影響NH3 與NOx 的混合程度,需要設(shè)計合理的流速以保證NH3 與NOx 充分混合而使反應(yīng)充分進行,同時反應(yīng)需要氧氣的參與,但氧濃度不能過高,一般控制在2% ～3%。氨逃逸是影響SCR 系統(tǒng)運行的另一個重要參數(shù),實際生產(chǎn)中通常是被噴射進系統(tǒng)的氨多于理論量,反應(yīng)后在煙氣下游多余的氨稱為氨逃逸。NOx 脫除效率隨著氨逃逸量的增加而增加。另外,水蒸氣濃度的增加會使催化劑的性能下降,催化劑鈍化失效也不利于SCR系統(tǒng)的正常運行,必須加以有效控制。
3 催化劑的選擇
SCR 系統(tǒng)中的重要組成部分是催化劑。當前流行且成熟的催化劑有蜂窩式、波紋狀和平板式等。平板式催化劑一般是以不銹鋼金屬網(wǎng)格為基材,負載上含有活性成份的載體壓制而成;蜂窩式催化劑一般是把載體和活性成分混合物整體擠壓成型;波紋狀催化劑是丹麥HALDOR TOPSOE A /S公司研發(fā)的催化劑,外形如起伏的波紋,從而形成小孔。加工工藝是先制作玻璃纖維加固的TiO2 基板,再把基板放到催化活性溶液中浸泡,以使活性成分能均勻地吸附在基板上。各種催化劑活性成分均為WO3 和V2O5。表3為各種催化劑的性能比較。
4 還原劑的選擇
對于SCR工藝,選擇的還原劑有尿素、氨水和純氨。尿素法是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解,然后將溶液泵送到水解槽中,通過熱交換器將溶液加熱至反應(yīng)溫度后與水反應(yīng)生成氨氣; 氨水法,是將25%的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發(fā),形成氨氣和水蒸汽;純氨法是將液氨在蒸發(fā)器中加熱成氨氣,然后與稀釋風(fēng)機的空氣混合成氨氣體積含量為5%的混合氣體后送入煙氣系統(tǒng)。表4為各種還原劑的性能比較。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
