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时间:2019-01-09
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1、基于氨逃逸的SCR系统喷氨优化设计 摘要:随着经济不断发展,国家对环境的保护政策要求逐年提高,有些省市甚至把氨逃逸浓度作为考核条款,因此对脱硝系统进行优化调整越发重要。选择性催化还原法(SCR)的烟气脱硝技术具有高脱硝率、低氨气逃逸率的特点,已成为应用最广的技术。该文根据SCR的脱硝反应原理,分析出影响脱硝的因素,为脱硝反应器内喷氨的优化调整提供对策,从而有效地减少氨气的逃逸率。 关键词:烟气脱硝SCR技术氨逃逸喷氨优化 中图分类号:X773文献标识码:A文章编号:1672-3791(2016)09(a)-0046-03
2、 随着我国经济的稳定增长,电力市场逐步开放,使得电力的需求量和火电企业的规模在不断增加。火力发电厂是资源消耗型企业,在生产过程中消耗了大量的化石能源和其他资源,同时向周围环境排放大量有害物质。因此火电企业的大气污染控制,在我国大气污染防治中占有重要地位。 氮氧化物(NOx)是火电企业排放的主要污染物之一,有不同的组成形式,如,NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4和N2O5等,其中NO和NO2所占比例为90%以上,是导致酸雨、光化学烟雾、雾霾、臭氧层空洞等环境问题的重要原因。近年来,国家对大气中NOx的减排指标日益严格,
3、现有所有火电机组NOx排放标准为100mg/Nm3(特殊规定执行200mg/Nm3),有专家预测未来燃煤锅炉的氮氧化物排放限值将会降低至507mg/Nm3。因此,开发出高效可靠的NOx污染治理技术迫在眉睫。 1脱硝技术 目前,在火电厂NOx污染物控制技术中,多用低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术。低NOx燃烧技术根据燃煤锅炉生成的NOx,主要由NO、NO2及微量N2O组成,采用燃烧优化、空气分级、燃料分级、烟气再循环、低NOx燃烧器等技术来降低NOx排放浓度。烟气脱硝首先采用低NOx燃烧技术,在此基础上还不能满足GB13223
4、-2011《火电厂大气污染物??放标准》要求(如表1),可以采用选择性催化还原烟气脱硝(SCR)、选择性非催化还原烟气脱硝(SNCR)或选择性催化还原烟气脱硝/选择性非催化还原烟气脱硝(SCR/SNCR)技术,以到达满足国家排放标准,而SCR烟气脱硝技术应用的最为广泛[1]。 1.1SCR脱硝反应原理 国内火力发电厂一般采用SCR同时辅助低氮燃烧技术,SCR的化学反应机理比较复杂。主要是NH3在一定催化剂(常用催化剂活性成分为V2O5/W2O3,载体为TiO2)的作用下,烟气温度位于催化剂活性温度300℃~400℃之间,有
5、选择地把烟气中的NOx还原为N2,同时生成水[2]。具体脱硝反应如下所示。 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(1) NO+2NO2+2NH3→2N2+3H2O(2) 6NO2+8NH3→7N2+12H2O(3)7 其中反应(1)是主反应。因为烟气中的大部分NOx均是以NO的形式存在的,在没有催化剂的情况下,这些反应只能在很窄的温度范围内进行(980℃左右),通过选择合适的催化剂,可以降低反应温度,并且可以扩展到适合电厂实际工况的290℃~430℃范围[3]。其主要反应过程如图1所示。 1.2SCR的布置方式
6、 选择性催化还原(SCR)主要采用4类布置方式:高灰高温型、低灰高温型、低灰低温型和烟道型[4]。每种SCR工艺均具有自己的特点,国内目前火力发电厂主要采用高灰高温型布置(如图2)。 高灰型SCR反应器布置在省煤器出口和空气预热器进口之间,适用于相对恶劣的工作环境,催化剂活性惰化较快,烟气温度合适(320℃~420℃),经济性最高[5]。但是该布置方式下,催化剂容易受到飞灰对其造成的污染、腐蚀、磨损和堵塞,使得催化剂寿命相应减短。 2影响SCR脱硝系统的因素 2.1NOx/NH3混合度的影响 SCR烟气脱硝反应的脱硝效
7、率直接取决于烟气中NOx与NH3的混合度,从理论上讲,lmol的NOx完全被还原需要lmol的NH3,因此若喷氨量不足就容易降低脱硝效率,若过量喷氨保证了脱硝效率却又容易造成二次污染。因此当氨氮混合达到合理当量比,反应则充分完全,定义氨氮比不均匀性系数为:7 式中:为氧氮比不均匀性系数;为入口界面上氧氮比标准差;为人口界面上氨氮比均值。如果过低则将造成SCR反应器局部区域脱硝效率降低或因NH3的过剩而形成氨逃逸,因此通过合理地布置烟道中导流板的位置、喷嘴格栅及喷嘴的流速,可以有效避免由于氨和烟气的混合不均带来的问题。保证系统
8、内良好的氨氮混合比对实现SCR系统的超低排放及减少氨逃逸与硫酸氢铵(ABS)生成,具有重要意义[6]。 2.2温度的影响 在烟气量和NOx/NH3恒定的条件下进行实验,发现低温段NOx脱除率相对较低,随温度上升NOx脱除率逐渐增大,当达到一定温度后保持相对稳定,随温度的进
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