SCR脫硝技術(shù)

　　SCR裝置運(yùn)行原理如下:

　　氨氣作為脫硝劑被噴入高溫?zé)煔饷撓跹b置中,在催化劑的作用下將煙氣中NOx 分解成為N2和H2O,其反應(yīng)公式如下:

　　催化劑4NO + 4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O

　　催化劑NO +NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O

　　一般通過(guò)使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?上述反應(yīng)可以在200 ℃～450 ℃的溫度范圍內(nèi)有效進(jìn)行, 在NH3 /NO = 1的情況下,可以達(dá)到80～90%的脫硝效率。

　　煙氣中的NOx 濃度通常是低的,但是煙氣的體積相對(duì)很大,因此用在SCR裝置的催化劑一定 是高性能。因此用在這種條件下的催化劑一定滿足燃煤鍋爐高可靠性運(yùn)行的要求。

　　煙氣脫硝技術(shù)特點(diǎn):

　　SCR脫硝技術(shù)以其脫除效率高,適應(yīng)當(dāng)前環(huán)保要求而得到電力行業(yè)高度重視和廣泛的應(yīng)用。在環(huán)保要求嚴(yán)格的發(fā)達(dá)國(guó)家例如德國(guó),日本,美國(guó),加拿大,荷蘭,奧地利,瑞典,丹麥等國(guó)SCR脫硝技術(shù)已經(jīng)是應(yīng)用最多、最成熟的技術(shù)之一。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn), SCR脫硝技術(shù)必然會(huì)成為我國(guó)火力電站燃煤鍋爐主要的脫硝技術(shù)并得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　SCR脫硝系統(tǒng)一般組成：

　　圖1為SCR煙氣脫硝系統(tǒng)典型工藝流程簡(jiǎn)圖,SCR系統(tǒng)一般由氨的儲(chǔ)存系統(tǒng)、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、省煤器旁路、SCR旁路、檢測(cè)控制系統(tǒng)等組成。

　　液氨從液氨槽車(chē)由卸料壓縮機(jī)送人液氨儲(chǔ)槽,再經(jīng)過(guò)蒸發(fā)槽蒸發(fā)為氨氣后通過(guò)氨緩沖槽和輸送管道進(jìn)人鍋爐區(qū),通過(guò)與空氣均勻混合后由分布導(dǎo)閥進(jìn)入SCR反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng), SCR反應(yīng)器設(shè)置于空氣預(yù)熱器前,氨氣在SCR 反應(yīng)器的上方,通過(guò)一種特殊的噴霧裝置和煙氣均勻分布混合,混合后煙氣通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)催化劑層進(jìn)行還原反應(yīng)。

　　SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)主要有反應(yīng)器入口NOx 濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)器內(nèi)空間速度或還原劑的停留時(shí)間、NH3 /NOx 摩爾比、NH3 的逃逸量、SCR系統(tǒng)的脫硝效率等。

　　氨儲(chǔ)存、混合系統(tǒng)：

　　每個(gè)SCR反應(yīng)器的氨儲(chǔ)存系統(tǒng)由一個(gè)氨儲(chǔ)存罐,一個(gè)氨氣/空氣混合器,兩臺(tái)用于氨稀釋的空氣壓縮機(jī)(一臺(tái)備用)和閥門(mén),氨蒸發(fā)器等組成。氨儲(chǔ)存罐可以容納15天使用的無(wú)水氨,可充 至85%的儲(chǔ)罐體積,裝有液面儀和溫度顯示儀。液氨汽化采用電加熱的方式,同時(shí)保證氨氣/空氣混合器內(nèi)的壓力為350 kPa。NH3 和煙氣混合的均勻性和分散性是維持低NH3 逃逸水平的關(guān)鍵。為了保證煙氣和氨氣在煙道分散好、混合均勻,可以通過(guò)下面方式保證混合:在反應(yīng)器前安裝靜態(tài)混合器;增加NH3 噴入的能量;增加噴點(diǎn)的數(shù)量和區(qū)域;改進(jìn)噴射的分散性和方向;在NH3 噴入后的煙道中設(shè)置導(dǎo)流板;同時(shí)還應(yīng)根據(jù)冷態(tài)流動(dòng)模型試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)學(xué)流動(dòng)模型計(jì)算結(jié)果對(duì)噴氨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

　　噴氨系統(tǒng)：

　　噴氨系統(tǒng)根據(jù)鍋爐負(fù)荷、反應(yīng)器入口NOx 濃度、反應(yīng)器出口NOx 濃度測(cè)量的反饋信號(hào),控制 氨的噴入量。

　　反應(yīng)器系統(tǒng)：

　　SCR反應(yīng)器采用固定床形式,催化劑為模塊放置。反應(yīng)器內(nèi)的催化劑層數(shù)取決于所需的催化劑反應(yīng)表面積。典型的布置方式是布置二至三層催化劑層。在最上一層催化劑層的上面,是一層無(wú)催化劑的整流層,其作用是保證煙氣進(jìn)入催化劑層時(shí)分布均勻。通常,在第三層催化劑下面還有一層備用空間,以便在催化劑活性降低時(shí)加入第四層催化劑層。在反應(yīng)器催化劑層間設(shè)置吹灰裝置,定時(shí)吹灰,吹掃時(shí)間30～120分鐘,每周1～2次。如有必要,還應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)部的定期清理。反應(yīng)器下設(shè)有灰斗,與電廠排灰系統(tǒng)相連,定時(shí)排灰。

　　省煤器和反應(yīng)器旁路系統(tǒng)：

　　在省煤器前和反應(yīng)器之間設(shè)置旁路,稱之為省煤器旁路。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低,煙氣流量減少,進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度低于要求值時(shí),旁路開(kāi)通,向反應(yīng)器導(dǎo)入高溫?zé)煔?提高反應(yīng)器內(nèi)的溫度。此外,在反應(yīng)器入口和出口間裝有一個(gè)大的旁路,稱之為反應(yīng)器旁路。反應(yīng)器旁路的作用是:鍋爐負(fù)荷降低時(shí)使用。例如開(kāi)機(jī)和停機(jī)時(shí)使用,低負(fù)荷時(shí)使用和季節(jié)性使用。以防止低溫造成催化劑中毒及催化劑污染。所有SCR系統(tǒng)旁路的插板門(mén)均要保證零泄露。

　　催化劑：

　　催化劑是電廠SCR工藝的核心,它約占其投資的l/3。為了使電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,對(duì)SCR工 藝使用的催化劑應(yīng)達(dá)到下列要求:

　?、俚蜏囟葧r(shí)在較寬溫度范圍具有較高的活性

　　②高選擇性( SO2 向SO3 轉(zhuǎn)換率和其他方面作用低即副反應(yīng)少)

　?、蹖?duì)二氧化硫( SO2 ) 、鹵族酸(HCl, HF)和堿金屬(Na2O、K2O)和重金屬(如As)具有化學(xué) 穩(wěn)定性

　　④克服強(qiáng)烈溫度波動(dòng)的穩(wěn)定性

　?、輰?duì)于煙道壓力損失小

　?、迚勖L(zhǎng)、成本低理想的催化劑應(yīng)具有以下優(yōu)點(diǎn):

　　?高活性;

　　?抗中毒能力強(qiáng);

　　?好的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨損性;

　　?有合適的工作溫度區(qū)間。

　　SCR測(cè)量控制系統(tǒng)：

 

　　反應(yīng)溫度控制：

　　在一定溫度范圍內(nèi),隨反應(yīng)溫度提高,NOx 脫除率急劇增加,脫硝率達(dá)到最大值時(shí),溫度繼續(xù)升高會(huì)使NH3 氧化而使脫硝率下降; 反應(yīng)溫度過(guò)低,煙氣脫硝反應(yīng)不充分,易產(chǎn)生NH3 的逃逸。

　　因此要對(duì)SCR系統(tǒng)入口煙氣溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)并通過(guò)調(diào)節(jié)省煤器旁路開(kāi)度控制SCR 系統(tǒng)入口煙氣溫度。

　　氨量控制：

　　在NH3 /NOx 摩爾比小于1 時(shí),隨NH3 /NOx摩爾比增加,脫硝效率提高明顯; NH3 投入量超過(guò)需要量, NH3 會(huì)造成二次污染, 一般控制NH3 /NOx 摩爾比在1. 0左右。NH3 的流量控制閥調(diào)節(jié)控制NH3 的流量,控制系統(tǒng)根據(jù)反應(yīng)器入口NOx的濃度、煙氣流量、反應(yīng)器出口所要求NOx 的排放濃度和氨的逃逸濃度計(jì)算出氨的供給流量。為保證人身和設(shè)備安全,發(fā)生下列情況,氨氣閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉:低的煙氣流量;高的氨氣/空氣比;催化劑入口煙氣溫度過(guò)高;催化劑入口煙氣溫度過(guò)低;沒(méi)有來(lái)自鍋爐的運(yùn)行允許信號(hào);啟動(dòng)急停開(kāi)關(guān)。

　　氨稀釋空氣流量控制：

　　氨稀釋用空氣流量在SCR 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)被設(shè)定好,不再調(diào)整。兩臺(tái)空氣壓縮機(jī),一臺(tái)備用。當(dāng)?shù)?臺(tái)空氣壓縮機(jī)輸出氣體壓力低于設(shè)定值或發(fā)生故障時(shí),第2臺(tái)空氣壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。

　　氨氣蒸發(fā)器：

　　氨氣蒸發(fā)器與儲(chǔ)罐為一體化結(jié)構(gòu),加熱器放置在無(wú)水氨的液體中,通過(guò)氨儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力控制加熱器。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力低于設(shè)定壓力時(shí),加熱器通電加熱液氨;加熱器過(guò)熱則斷電保護(hù)。

　　SNCR脫硝技術(shù)

　　SNCR脫硝技術(shù)是將NH3、尿素等還原劑噴入鍋爐爐內(nèi)與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)，不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850～1100℃的區(qū)域，迅速熱分解成NH3，與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2和水，該技術(shù)以爐膛為反應(yīng)器。

　　SNCR煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效率一般為30%～80%，受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響很大。采用SNCR技術(shù)，目前的趨勢(shì)是用尿素代替氨作為還原劑。

　　技術(shù)原理：

　　在850～1100℃范圍內(nèi)，NH3或尿素還原NOx的主要反應(yīng)為：

　　NH3為還原劑4 NH3 + 4NO +O2 → 4N2 + 6H2O

　　尿素為還原劑NO+CO(NH2)2 +1/2O2 → 2N2 + CO2 + H2O

　　系統(tǒng)組成：

　　SNCR系統(tǒng)煙氣脫硝過(guò)程是由下面四個(gè)基本過(guò)程完成：

　　接收和儲(chǔ)存還原劑;在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑;

　　還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋;還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

　　技術(shù)特點(diǎn)：

　　技術(shù)成熟可靠，還原劑有效利用率高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定 設(shè)備模塊化，占地小，無(wú)副產(chǎn)品，無(wú)二次污染。

　　煙氣脫硝系統(tǒng)構(gòu)成

 

　　脫硝系統(tǒng)基本流程和添加劑效果：

　　基于純氨、氨水和尿素的溶液(比如satamin和carbamin二次添加劑)目前在很大程度上比較流行。

　　通過(guò)選擇性非催化還原法，氨基在800℃-1050℃時(shí)NO生成氮?dú)夂退魵猓?/p>

　　NH2+NO <=> H2O+N2

　　當(dāng)使用含氨化合物的水溶液時(shí)，化合物分解就會(huì)釋放出氨氣。換言之，只有在霧化流體蒸發(fā)后氨氣才可以從含氨化合物中揮發(fā)出來(lái)。

　　自由基之間的反應(yīng)選擇性并不是很強(qiáng)。因此充足的脫除添加劑還是必要的。圖1顯示了煙氣溫度950℃時(shí)化學(xué)配比因子NSR與NOx脫除量的關(guān)系。

　　流程設(shè)計(jì)和裝置描述：

　　燃料添加劑貯存加料裝置

　　Satamin添加劑是一種專(zhuān)利產(chǎn)品。根據(jù)鍋爐大小和每年的燃料消耗量，Satamin添加劑一般以每桶200，500和1000公升桶裝形式供給。對(duì)于大型裝置，一般設(shè)置一個(gè)較大的儲(chǔ)罐和加料控制器，Satamin和Carbamin是低氨水溶液。因而，在貯料箱的充料過(guò)程中，或萬(wàn)一貯料箱遭到破壞，在儲(chǔ)存位置附近將不會(huì)有有毒氣體逸出。儲(chǔ)罐中放置一個(gè)夾層箱或貯存箱足夠使用。如果設(shè)備放在室外，貯料箱要考慮伴熱或保溫，放液區(qū)要作防水處理。在充料過(guò)程中必須關(guān)閉雨水排水閥。罐車(chē)?yán)脡嚎s氣來(lái)卸液。當(dāng)往NOx脫除車(chē)間輸送脫除添加劑時(shí)，需要使用磁耦合泵和潛液泵。

　　混合和分配系統(tǒng)：

　　還原劑用水稀釋?？梢允褂米詠?lái)水或井水來(lái)稀釋Satamin和Carbamin還原劑。

　　如果燃料中沒(méi)有加入防止高低溫腐蝕的添加劑，可以通過(guò)混合和分配系統(tǒng)加入注入系統(tǒng)稀釋后還原劑的加料系統(tǒng)依賴于燃燒室的幾何尺寸。帶有單相噴嘴的水冷噴槍在鍋爐的應(yīng)用中非常成功。雙相噴嘴使用壓縮空氣的噴槍適合于層燃鍋爐。

　　二次排放：

　　燃燒富硫燃料(>0.5%的S)，溫度小于350℃時(shí)，煙氣中高的NH3濃度能夠形成硫酸氨。和硫酸氫氨不一樣，硫酸氨是一種無(wú)污染的副產(chǎn)物。在溫度小于160℃時(shí)，硫酸氫氨的形成與煙氣中SO3量和NH3量有關(guān)。硫酸氫氨容易導(dǎo)致?lián)Q熱器表面結(jié)垢腐蝕。但是，通過(guò)使用配制合理的脫除添加劑(Satamin和Carbamin產(chǎn)品)，就可以避免硫酸氫氨的形成。改進(jìn)后的SNCR裝置氨排放允許值依賴于鍋爐大小，為5—30mg/m3。NOx脫除裝置的設(shè)計(jì)是根據(jù)使用添加劑satamin和carbamin，該系統(tǒng)不影響鍋爐效率。反應(yīng)熱量與稀釋水蒸發(fā)熱量相當(dāng)。

　　SNCR和SCR的區(qū)別

乾瀚環(huán)保整理編輯，部分內(nèi)容來(lái)源互聯(lián)網(wǎng)
版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)請(qǐng)立即與我們聯(lián)系,我們將及時(shí)處理！