煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用

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1、選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用1.前言隨著環(huán)保意識的提高，火力發(fā)電廠的污染物排放面對越來越大的壓力。化石燃料在燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物（NOx）是酸雨形成的主要因素之一，因此受到廣泛的關(guān)注。我國大型火電廠絕大部分是常規(guī)的燃煤電站，而NOx是燃煤電廠的主要污染物之一。根據(jù)NOx的生成機理，在實際的應(yīng)用中，主要采用低NOx燃燒技術(shù)和煙氣脫除的辦法對其進(jìn)行控制。其中，低NOx燃燒技術(shù)已在國內(nèi)新建電廠得到廣泛的應(yīng)用，而煙氣脫硝技術(shù)在國外得到了一定程度的應(yīng)用。煙氣脫硝是目前發(fā)達(dá)國家普遍采用的減少NOx排放的

2、方法，具有很高的脫除效率，應(yīng)用較為成熟的有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、電子束法以及熾熱碳還原等技術(shù)。其中SCR煙氣脫硝率能達(dá)到90％以上，具有脫除效率高、運行可靠、便于維護(hù)等優(yōu)點，因此目前的使用最為廣泛。2．SCR煙氣脫硝技術(shù)2.1原理SCR技術(shù)是還原劑（電廠主要用NH3）在金屬催化劑的作用下，將NOx還原為對大氣環(huán)境影響不大的氮氣和水?！斑x擇性”是指氨有選擇地進(jìn)行還原反應(yīng)，在這里它只選擇還原NOx。主要的化學(xué)反應(yīng)式為：反應(yīng)原理如圖1所示：圖1SCR反應(yīng)原理8上述反應(yīng)

3、，在沒有催化劑的情況下，只在980℃左右很窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行；但在催化劑的作用下，反應(yīng)溫度可以大大降低，在300～400℃時即可反應(yīng)。2.2SCR工藝流程及脫硝裝置的布置根據(jù)鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)和SCR脫硝的溫度要求，SCR脫硝裝置通常布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間的煙道中，其工業(yè)流程圖如圖2所示。圖2SCR工藝流程圖理論上，SCR脫硝硝裝置可以布置在水平煙道和垂直煙道中，但對于燃煤鍋爐，一般應(yīng)布置在垂直煙道中，這是因為煙氣中含有大量粉塵，布置在水平煙道中易引起SCR脫硝裝置的堵塞。2.3加氨系統(tǒng)加氨系統(tǒng)

4、有兩類，一類是無水氨系統(tǒng)，另一類是有水氨系統(tǒng)。無水加氨系統(tǒng)中，氨從氨罐出發(fā)，先進(jìn)入蒸發(fā)器汽化，然后經(jīng)減壓后與空氣混和，再噴入煙道。而有水加氨系統(tǒng)中，氨從氨罐出發(fā)后經(jīng)霧化噴嘴進(jìn)入高溫蒸發(fā)器，與高溫蒸汽混和后再噴入煙道中。2.4催化劑及其型式的選擇選擇合適的催化劑裝載形式對于SCR技術(shù)能夠成功應(yīng)用也是十分關(guān)鍵的。試驗結(jié)果和應(yīng)用結(jié)果表明，催化劑因煙氣的特性不同而不同。對于煤粉爐，由于排出的煙氣中攜帶大量飛灰和SO2，因此選擇的催化劑除具有足夠的活性外，還應(yīng)具有隔熱、抗塵、耐腐、耐磨以及低SO3轉(zhuǎn)化率等特性

5、。目前主要催化元件是以陶瓷TiO2為基材與具有活性的WO3和V2O5共同擠壓成型，已經(jīng)應(yīng)用的主要有蜂窩式和板式兩種。蜂窩式板式圖3催化劑型式82.5影響SCR脫除效率的主要因素理論上，當(dāng)NH3和NOx的摩爾比為1：1時，能夠?qū)煔庵械腘Ox完全脫除。在實際應(yīng)用中，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，希望氨在脫硝裝置出口煙氣中的濃度只有幾個ppm時，能達(dá)到較佳的脫硝效果。因此，在設(shè)計中就需要考慮很多因素，需要在適當(dāng)?shù)臒煔鉁囟取⒆罴训臒煔馑俣葪l件下，NH3和NOx在合適的比例下混和，煙氣通過催化劑，完成脫除NOx的反應(yīng)

6、。脫硝裝置入口的煙氣速度分布、溫度分布以及NH3和NOx摩爾比的分布，對脫硝裝置出口的NOx分布以及最終的脫硝效果有著最重要的影響。建立脫硝裝置入口煙氣速度分布、溫度分布以及NH3/NOx摩爾比的分布和脫硝反應(yīng)器的性能之間的適當(dāng)聯(lián)系，將有助于脫硝裝置的設(shè)計和運行?？紤]單一參數(shù)的入口均勻程度時，容易確定反應(yīng)器的性能與入口參數(shù)均勻性的關(guān)系。對于煙氣速度分布和NH3/NOx化學(xué)摩爾比分布通常采用與平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示偏離系數(shù)：式中：煙氣溫度的分布一般用數(shù)學(xué)平均值的允許最大、最小偏差，而不用上面提及的偏離系

7、數(shù)。典型的SCR脫硝裝置入口偏差設(shè)計范圍見表1：表1SCR脫硝裝置進(jìn)口正常允許分布偏差范圍名稱速度偏差，CvNH3/NOx，Cv溫度范圍<10~20%<5~10%±20F~±50F2.5.1煙氣速度分布的影響催化劑的活性是煙氣速度的函數(shù)，因此相應(yīng)的煙氣速度的分布對反應(yīng)器的性能有所影響。在表1所示的運行許可偏差范圍內(nèi)，速度偏差對脫硝效果的影響不是很明顯。圖4顯示了當(dāng)分布偏離均勻分布時總體脫硝效果的惡化。這些曲線是基于300ppm的進(jìn)口NOx濃度和2ppm的出口殘余NH3濃度，并并以在入口參數(shù)分布均勻的

8、情況下達(dá)到70%、80%、90%的脫硝效果為基準(zhǔn)得到的。每條曲線只考慮一個參數(shù)的變化，另外兩個參數(shù)保持固定。圖4說明入口煙氣速度分布的不均勻?qū)γ撓跣Ч绊懮跷?。煙氣分布極不均勻的情況是很少出現(xiàn)的。對于含灰量較高的項目，主要關(guān)心的是低煙速區(qū)的灰沉積以及高煙速區(qū)可能存在的催化劑腐蝕問題；對于燃?xì)忭椖?，由于基本上沒有顆粒，在允許煙速偏差范圍內(nèi)沒有什么限制。82.5.2煙氣溫度分布的影響煙氣溫度是影響NOx脫除效率的重要因素。一方面，當(dāng)煙氣溫度低時，催化劑的活性降低從而降低N