scr與sncr煙氣脫硝地主要工藝

1、WORD格式SCR 與 SNCR 煙氣脫硝的主要工藝氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格促使學(xué)術(shù)界去更加深入地理解NOx 的產(chǎn)生機(jī)理和減排措施，從而使得工程界有了更為有效的NOx 解決方案，而假設(shè)干脫硝工業(yè)裝置的成功運(yùn)行又使得立法越發(fā)的完善。從 1943 年 Zeldovich提出熱力NO的概念，到1989 年一個(gè)基于化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)軟件CHEMKIN 的包含 234 個(gè)化學(xué)反響的 NOx 預(yù)測(cè)模型的建立，再到現(xiàn)今計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (Computational Fluid Dynamics, CFD) 軟件 STAR-CD( 或 FLUENT) 與 CHEMKIN 的完全耦合解算 NOx 的生成，無(wú)一不給工

2、程界提供了完備的技術(shù)后盾。從低氧燃燒、排氣循環(huán)燃燒、二級(jí)燃燒、 濃淡燃燒、 分段燃燒、 低氮燃燒器等各種爐內(nèi)燃燒過(guò)程的改進(jìn)到現(xiàn)今形式各異的脫硝工藝，立法界、學(xué)術(shù)界和工程界的交替作用使得脫硝工藝和市場(chǎng)日趨成熟和完善。專業(yè)資料整理WORD格式2.1 選擇性催化復(fù)原法(Selective Catalytic Reduction, SCR)專業(yè)資料整理WORD格式選擇性催化復(fù)原法(Selective Catalytic Reduction, SCR)是指在催化劑的作用下，以NH3作為專業(yè)資料整理WORD格式復(fù)原劑，“有選擇性地與煙氣中的NOx反響并生成無(wú)毒無(wú)污染的N2 和H2O 。其原理首先專業(yè)資料整

3、理WORD格式由Engelhard公司發(fā)現(xiàn)并于1957年申請(qǐng)專利，后來(lái)日本在該國(guó)環(huán)保政策的驅(qū)動(dòng)下，成功研專業(yè)資料整理WORD格式制出了現(xiàn)今被廣泛使用的V2O5/TiO2催化劑，并分別在1977 年和1979年在燃油和燃煤鍋專業(yè)資料整理WORD格式爐上成功投入商業(yè)運(yùn)用。SCR 目前已成為世界上應(yīng)用最多、最為成熟且最有成效的一種煙氣脫硝技術(shù)，其主要反響方程式為：4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O(1)8NH3+6NO2=7N2+12H2O(2)或 4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O(2a)選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎┛梢允狗错?1) 及 (2)在 200 400的溫度X圍內(nèi)進(jìn)展，并能有效地抑制副

4、反響的發(fā)生。 在 NH3 與 NO 化學(xué)計(jì)量比為1 的情況下， 可以得到高達(dá)80 90的 NOx脫除率。目前，世界上采用SCR 的裝置有數(shù)百套之多，技術(shù)成熟且運(yùn)行可靠。我國(guó)電力系專業(yè)資料整理WORD格式統(tǒng)目前最大的煙氣脫硝裝置*后石電廠600MW機(jī)組配套煙氣脫硝系統(tǒng)采用的就是專業(yè)資料整理WORD格式PM型低NOx燃燒器加分級(jí)燃燒結(jié)合SCR裝置的工藝， 其SCR 局部的示意工藝流程如圖1專業(yè)資料整理WORD格式所示，主要由氨氣及空氣供應(yīng)系統(tǒng)、氨氣/空氣噴霧系統(tǒng)、催化反響器等組成。液氨由槽車運(yùn)送到液氨貯槽， 輸出的液氨經(jīng)氨氣蒸發(fā)器后變成氨氣，將之加熱到常溫后送氨氣緩沖槽備用。緩沖槽的氨氣經(jīng)減壓后送

5、入氨氣/空氣混合器中，與來(lái)自送風(fēng)機(jī)的空氣混合后，通過(guò)噴氨隔柵 (Ammonia Injection Grid, AIG)之噴嘴噴入煙氣中并與之充分混合，繼而進(jìn)入催化反響專業(yè)資料整理WORD格式器。當(dāng)煙氣流經(jīng)催化反響器的催化層時(shí)，氨氣和NOx在催化劑的作用下將NO及NO2復(fù)原專業(yè)資料整理WORD格式成N2和H2O 。NOx的脫除效率主要取決于反響溫度、NH3與NOx的化學(xué)計(jì)量比、煙氣中專業(yè)資料整理WORD格式氧氣的濃度、催化劑的性質(zhì)和數(shù)量等。專業(yè)資料整理WORD格式圖 1 SCR 工藝流程圖Fig.1 Schematic Selective Catalytic Reduction (SCR) p

6、rocessSCR 系統(tǒng)的布置方式有三種，上述后石電廠的布置方式稱為高溫高塵布置方式，此外還有高溫低塵及低溫低塵的布置形式。高溫高塵布置方式是目前應(yīng)用最為廣泛的一種，其優(yōu)點(diǎn)是催化反響器處于300400的溫度X圍內(nèi)，有利于反響的進(jìn)展，然而由于催化劑處于高塵煙氣中，條件惡劣，磨刷嚴(yán)重，壽命將會(huì)受到影響。高溫低塵布置方式是指SCR 反響器布置在省煤器后的高溫電除塵器和空氣預(yù)熱器之間，該布置方式可防止煙氣中飛灰對(duì)催化劑的污染和對(duì)反響器的磨損與堵塞，其缺點(diǎn)是電除塵器在300400的高溫下運(yùn)行條件差。低溫低塵布置 (或稱尾部布置 ) 方式是將SCR 反響器布置在除塵器和煙氣脫硫系統(tǒng)之后，催化劑不受飛灰和S

7、O2 的影響，但由于煙氣溫度較低，一般需要?dú)鈿鈸Q熱器或采用加設(shè)燃油或天然氣的燃燒器將煙溫提高到催化劑的活性溫度，勢(shì)必增加能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用。SCR 可能產(chǎn)生的問(wèn)題主要有：(1) 氨泄漏 (NH3 slip) ，是指未反響的氨排出系統(tǒng)，造成二次污染，采用合理的設(shè)計(jì)通常可以將氨的泄漏量控制在 5ppm 以內(nèi)；(2) 當(dāng)燃用高硫煤時(shí)，煙氣中局部SO2 將被氧化生成 SO3，這局部 SO3 以及煙氣中原有的專業(yè)資料整理WORD格式SO3 將與NH3進(jìn)一步反響生成氨鹽，從而造成催化劑中毒或堵塞。其發(fā)生的主要副反響有：專業(yè)資料整理WORD格式2SO2+O2=2SO3(3)專業(yè)資料整理WORD格式2NH3+

8、SO3+H2O=(NH4)2SO4(4)NH3+SO3+H2O=NH4HSO4(5)這主要通過(guò)燃用低硫煤、降低氨泄漏量或?qū)CR 反響器置于FGD 系統(tǒng)后來(lái)控制或減少氨鹽的生成。(3) 飛灰中的重金屬 (主要是 As)或堿性氧化物 (主要有 MgO ，CaO，Na2O ，K2O 等 )的存在會(huì)使催化劑中毒或活性顯著降低。(4) 過(guò)量的 NH3 可能和 O2 反響生成 N2O ，盡管 N2O 對(duì)人體沒(méi)有危害， 但近來(lái)的研究成果說(shuō)明， N2O 是造成溫室效應(yīng)的氣體之一。其可能發(fā)生的反響為：專業(yè)資料整理WORD格式2NH3+2O2=N2O+3H2O(6)專業(yè)資料整理WORD格式然而所有這些問(wèn)題都可以

9、通過(guò)選擇適宜的催化劑、控制合理的反響溫度、調(diào)節(jié)理想的化學(xué)計(jì)量比等方法使之危害降到最低。SCR 技術(shù)對(duì)鍋爐煙氣NOx 的控制效果十分顯著，具有占地面積小、 技術(shù)成熟可靠、 易于操作等優(yōu)點(diǎn)，是目前唯一大規(guī)模投入商業(yè)應(yīng)用并能滿足任何苛刻環(huán)保政策的控制措施，可作為我國(guó)燃煤電廠控制NOx 污染的主要手段之一。 然而由于 SCR需要消耗大量的催化劑，因此也存在運(yùn)行費(fèi)用高，設(shè)備投資大的缺點(diǎn)，同時(shí)對(duì)改造機(jī)組亦有場(chǎng)地限制，對(duì)設(shè)計(jì)水平提出了更高的要求。2.2 選擇性非催化復(fù)原法(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR)SCR 技術(shù)的催化劑費(fèi)用通常占到SCR 系統(tǒng)初始投資的5

10、0-60 左右，其運(yùn)行本錢很大程度專業(yè)資料整理WORD格式上受催化劑壽命的影響，選擇性非催化氧化復(fù)原法應(yīng)運(yùn)而生。選擇性非催化氧化復(fù)原法(Selective Non-CatalyticReduction, SNCR)工藝，或被稱為熱力DeNOx工藝最初由美國(guó)的E*on 公司創(chuàng)造并于1974 在日本成功投入工業(yè)應(yīng)用。其根本原理是上述反響(1)在沒(méi)有催化劑的情況下可以在900800 1100這一狹窄的溫度X圍內(nèi)進(jìn)展，而且根本上不與O2 作用。 SNCR 法的復(fù)原劑除了 NH3 以外還可以采用尿素或其它氨基，其反響機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜。當(dāng)用尿素作復(fù)原劑時(shí)其反響方程式可簡(jiǎn)單表示如下如下：H2NCONH2+2NO

11、+1/2O2=2N2+CO2+H2O(7)同 SCR 工藝類似， NOx 的脫除效率主要取決于反響溫度、NH3 與 NOx 的化學(xué)計(jì)量比、混合程度，反響時(shí)間等。研究說(shuō)明，SNCR 工藝的溫度控制至關(guān)重要，假設(shè)溫度過(guò)低，NH3 的反響不完全，容易造成 NH3 泄漏；而溫度過(guò)高，NH3 那么容易被氧化為 NO ，抵消了 NH3 的脫除效果。溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致復(fù)原劑損失和NOx 脫除率下降。通常，設(shè)計(jì)合理的 SNCR工藝能到達(dá)高達(dá)30-70%的脫除效率，甚至80%的效率亦見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。SNCR 可能出現(xiàn)的問(wèn)題同SCR 工藝相似，比方氨泄漏，N2O 的產(chǎn)生，當(dāng)采用尿素作復(fù)原劑專業(yè)資料整理WORD格式

12、時(shí)，還可能產(chǎn)生CO 二次污染等問(wèn)題。然而通過(guò)合理的工藝設(shè)計(jì)和參數(shù)控制，這些隱患均可以降到最小。SNCR 與 SCR 相比運(yùn)行費(fèi)用低，舊設(shè)備改造少，尤其適合于改造機(jī)組，僅需要氨水貯槽和噴射裝置，投資較SCR 法小，但存在復(fù)原劑耗量大、NOx 脫除效率低等缺點(diǎn)，溫度窗口的選擇和控制也比較困難，同時(shí)鍋爐型式和負(fù)荷狀態(tài)的不同需要采用不同的工藝設(shè)計(jì)和控制策略，設(shè)計(jì)難度較大。SCR 工藝與 SNCR 工藝的比較如表1 所示。表 1 SCR 與 SNCR 工藝比較Table 1 Comparison of SCR and SNCR工藝名稱選擇性催化氧化復(fù)原法(SCR)選 擇 性 非 催 化 氧 化 還 原

13、法(SNCR)NOx 脫除效率 (%)70-9030-80操作溫度 ( )200-500800-1100NH3/NOx 摩爾比0.4-1.00.8-2.5氨泄漏 (ppm)<55-20總投資高低操作本錢中等中等專業(yè)資料整理WORD格式SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)結(jié)合了兩者優(yōu)勢(shì)，將SNCR工藝的復(fù)原劑噴入爐膛，用SCR專業(yè)資料整理WORD格式工藝使逸出的 NH3 和未脫除的 NOx 進(jìn)展催化復(fù)原反響。典型的聯(lián)合裝置能脫除 84的 NOx ，同時(shí)逸出 NH3 濃度低于 10ppm。圖 2 給出了 SNCR/SCR 聯(lián)合工藝 NOx 的理論脫除效率曲線， 橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別表示單純采用 S

14、NCR 或 SCR 工藝時(shí) NOx 的脫除效率， 從圖中可以看出，如果要到達(dá) 50%的總脫除效率，并假設(shè) SNCR 的效率為 20%，那么 SCR 的效專業(yè)資料整理WORD格式率只要不低于37.5%就能滿足要求。 應(yīng)當(dāng)指出的是， 圖 2 并未考慮低氮燃燒器或燃燒改進(jìn)引起的氮氧化物脫除，假設(shè)該效率以50%計(jì)， SNCR 和 SCR 的效率分別為20%和 37.5%，那么總的 NOx 效率將高達(dá)75%。該分析方法也同樣適合于其它聯(lián)合工藝效率的估計(jì)，然而應(yīng)當(dāng)注意的是總的投資本錢和運(yùn)行費(fèi)用并不一定由于聯(lián)合工藝的采用而降低，煙氣脫硝工藝的選擇應(yīng)根據(jù)具體的鍋爐型式和負(fù)荷、煙氣條件和NOx 濃度、需要到達(dá)的效率、復(fù)原劑供應(yīng)條件、場(chǎng)地條件、預(yù)熱器和電除塵器情況、FGD 裝置特點(diǎn)等因素綜合考慮，以到達(dá)最正確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。