烟气脱硝技术的应用

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1、选择性催化还原烟气脱硝技术的应用1.前言随着环保意识的提高，火力发电厂的污染物排放面对越来越大的压力。化石燃料在燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）是酸雨形成的主要因素之一，因此受到广泛的关注。我国大型火电厂绝大部分是常规的燃煤电站，而NOx是燃煤电厂的主要污染物之一。根据NOx的生成机理，在实际的应用中，主要采用低NOx燃烧技术和烟气脱除的办法对其进行控制。其中，低NOx燃烧技术已在国内新建电厂得到广泛的应用，而烟气脱硝技术在国外得到了一定程度的应用。烟气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少NOx排放的

2、方法，具有很高的脱除效率，应用较为成熟的有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、电子束法以及炽热碳还原等技术。其中SCR烟气脱硝率能达到90％以上，具有脱除效率高、运行可靠、便于维护等优点，因此目前的使用最为广泛。2．SCR烟气脱硝技术2.1原理SCR技术是还原剂（电厂主要用NH3）在金属催化剂的作用下，将NOx还原为对大气环境影响不大的氮气和水。“选择性”是指氨有选择地进行还原反应，在这里它只选择还原NOx。主要的化学反应式为：反应原理如图1所示：图1SCR反应原理8上述反应

3、，在没有催化剂的情况下，只在980℃左右很窄的温度范围内进行；但在催化剂的作用下，反应温度可以大大降低，在300～400℃时即可反应。2.2SCR工艺流程及脱硝装置的布置根据锅炉烟风系统和SCR脱硝的温度要求，SCR脱硝装置通常布置在锅炉省煤器与空气预热器之间的烟道中，其工业流程图如图2所示。图2SCR工艺流程图理论上，SCR脱硝硝装置可以布置在水平烟道和垂直烟道中，但对于燃煤锅炉，一般应布置在垂直烟道中，这是因为烟气中含有大量粉尘，布置在水平烟道中易引起SCR脱硝装置的堵塞。2.3加氨系统加氨系统

4、有两类，一类是无水氨系统，另一类是有水氨系统。无水加氨系统中，氨从氨罐出发，先进入蒸发器汽化，然后经减压后与空气混和，再喷入烟道。而有水加氨系统中，氨从氨罐出发后经雾化喷嘴进入高温蒸发器，与高温蒸汽混和后再喷入烟道中。2.4催化剂及其型式的选择选择合适的催化剂装载形式对于SCR技术能够成功应用也是十分关键的。试验结果和应用结果表明，催化剂因烟气的特性不同而不同。对于煤粉炉，由于排出的烟气中携带大量飞灰和SO2，因此选择的催化剂除具有足够的活性外，还应具有隔热、抗尘、耐腐、耐磨以及低SO3转化率等特性

5、。目前主要催化元件是以陶瓷TiO2为基材与具有活性的WO3和V2O5共同挤压成型，已经应用的主要有蜂窝式和板式两种。蜂窝式板式图3催化剂型式82.5影响SCR脱除效率的主要因素理论上，当NH3和NOx的摩尔比为1：1时，能够将烟气中的NOx完全脱除。在实际应用中，从经济性的角度考虑，希望氨在脱硝装置出口烟气中的浓度只有几个ppm时，能达到较佳的脱硝效果。因此，在设计中就需要考虑很多因素，需要在适当的烟气温度、最佳的烟气速度条件下，NH3和NOx在合适的比例下混和，烟气通过催化剂，完成脱除NOx的反应

6、。脱硝装置入口的烟气速度分布、温度分布以及NH3和NOx摩尔比的分布，对脱硝装置出口的NOx分布以及最终的脱硝效果有着最重要的影响。建立脱硝装置入口烟气速度分布、温度分布以及NH3/NOx摩尔比的分布和脱硝反应器的性能之间的适当联系，将有助于脱硝装置的设计和运行。考虑单一参数的入口均匀程度时，容易确定反应器的性能与入口参数均匀性的关系。对于烟气速度分布和NH3/NOx化学摩尔比分布通常采用与平均值的标准偏差表示偏离系数：式中：烟气温度的分布一般用数学平均值的允许最大、最小偏差，而不用上面提及的偏离系

7、数。典型的SCR脱硝装置入口偏差设计范围见表1：表1SCR脱硝装置进口正常允许分布偏差范围名称速度偏差，CvNH3/NOx，Cv温度范围<10~20%<5~10%±20F~±50F2.5.1烟气速度分布的影响催化剂的活性是烟气速度的函数，因此相应的烟气速度的分布对反应器的性能有所影响。在表1所示的运行许可偏差范围内，速度偏差对脱硝效果的影响不是很明显。图4显示了当分布偏离均匀分布时总体脱硝效果的恶化。这些曲线是基于300ppm的进口NOx浓度和2ppm的出口残余NH3浓度，并并以在入口参数分布均匀的

8、情况下达到70%、80%、90%的脱硝效果为基准得到的。每条曲线只考虑一个参数的变化，另外两个参数保持固定。图4说明入口烟气速度分布的不均匀对脱硝效果影响甚微。烟气分布极不均匀的情况是很少出现的。对于含灰量较高的项目，主要关心的是低烟速区的灰沉积以及高烟速区可能存在的催化剂腐蚀问题；对于燃气项目，由于基本上没有颗粒，在允许烟速偏差范围内没有什么限制。82.5.2烟气温度分布的影响烟气温度是影响NOx脱除效率的重要因素。一方面，当烟气温度低时，催化剂的活性降低从而降低N