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1、技术经济综述选择性催化还原烟气脱硝技术进展及工程应用112张 强,许世森,王志强(1.国电热工研究院,陕西西安 710032;2.西安交通大学,陕西西安 710049)[摘 要] 对目前广泛应用及正在研究的选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术及催化剂进行了综述。详细分析了影响SCR过程的诸因素,如反应温度、烟气在反应器内的空间速度、烟气流型及与氨的湍流混合,以及催化剂钝化等,并提出了预防措施。指出目前SCR虽然技术成熟,脱硝效率高,但其投资和运行费用亦很高,成为限制SCR发展应用的主要原因。介绍了可使SCR整体成本降低的低温
2、SCR技术的进展和研究目标。[关键词] 烟气;脱硝技术;选择性催化还原(SCR);氮氧化物(NOx);催化剂[中图分类号]X511[文献标识码]A[文章编号]10023364(2004)04000106 酸雨、光化学烟雾及温室效应主要是由于大气中中使用;而干法,特别是选择性催化还原(SCR),由于的硫氧化物(SO2)、氮氧化物(NOx)、二氧化碳(CO2)及其效率高,相对价格低廉,目前广泛应用在国内外的工其它的一些有机化合物所导致,对土壤及生态环境系程中,亦成为电站烟气脱硝的主流技术。统带来了不可逆转的严重影响。近年来,在
3、污染物控制方面,许多学者进行了大量的研究工作。就火力发1SCR反应过程的化学基础电产生的NOx来说,它的形成主要来源于燃烧过程,大部分是由燃烧中的含氮化合物在燃烧过程中氧化而在氮氧化物(NOx)选择还原过程中,通过加氨成(燃料型NOx),另一部分由空气中的氮在高温下氧(NH3)可以把NOx转化为空气中天然的氮气(N2)和水化而成(热力型NOx)。此外,还有极少一部分,根据(H2O)。主要的化学反应方程式如下:Fenimore[1]的解释,在火焰前沿的早期阶段,在碳氢化4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(1)合物的参与影
4、响及在一定的过剩空气和温度下,分子6NO+4NH3→5N2+6H2O(2)氮通过中间产物转化为NOx(瞬态型NOx)。典型的电6NO2+8NH3→7N2+12H2O(3)站排放的NOx由95%NO和5%NO2组成。因此,目前2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O(4)绝大部分研究都是主要针对NO展开的,包括燃烧过由于烟气中氮氧化物主要是NO,反应式(1)无疑程控制和燃烧后烟气脱硝工艺。燃烧过程控制已通过是发生的主要化学反应。所需的NH3/NOx比接近化低NOx燃烧器应用、烟气再循环、空气及燃烧分级、水学计量关系。在不添加
5、催化剂的条件下,上述NOx还或水蒸气的射入实现。这些方法总体来讲,脱硝效率原反应较理想的温度为800℃～900℃,温度范围很狭低,而且会对锅炉产生负面影响。燃烧后脱硝包括湿窄。当温度在1050℃～1200℃时,NH3会氧化成法和干法,其中湿法吸收由于价格高,几乎没有在实际NO,而且,NOx还原速度会很快降下来。当温度低于收稿日期:20031020作者简介: 张强(1965),男,陕西西安人,博士(后),现为国电热工研究院高级工程师,主要从事电站污染物控制的研究。热力发电·2004(04)1技术经济综述800℃时,反应速度很慢
6、,此时需要添加催化剂,因此材料WO3的添加,有助于抑制SO2的转化。其它的活有SCR工艺和SNCR(选择性非催化还原)工艺之分。性材料还有Mo、Cr等,它们可起到助催化剂及稳定剂在选择性催化还原工艺中,催化剂安放在一个像的作用。目前,广泛应用的SCR催化剂大多是以TiO2固体反应器的箱体内,烟气穿过反应器流过催化剂表为载体,以V2O5或V2O5WO3、V2O5MoO3为活性成面(图1)。催化剂单元通常垂直布置,烟气由上向下分。例如TopsΦe公司研发的波纹状脱硝系列催化剂流动。有时也采用水平布置。(图2),是以纤维状的TiO
7、2为载体,将精细的V2O5及WO3混合物均匀分布在催化剂表面。图1SCR反应系统图2 波纹状脱硝催化剂结构TopsΦe公司提供7种规格的催化剂(表2),覆盖2 工业上广泛应用的SCR催化剂了从低灰到高灰的应用。这些催化剂为多孔状,V2O5含量相对低,因此SO2氧化速率低,但仍然具有较高的从原理上讲,最好能使NO直接分解,然而因在低脱硝活性。工程实践也证明这种催化剂脱硝活性高,温时受到热力学限制,其反应速度十分缓慢,而且至今同时对SO2的氧化速率小。没有发现有效的催化剂。因此,目前能使NO转化为N表2TopsΦe公司的SCR脱
8、硝催化剂规格2的工程过程,必须使用还原剂(例如NH3)。①当量直径/mm壁厚度/mm灰尘含量应用根据使用催化剂种类的催化反应温度,SCR工艺3.30.6低燃油、气锅炉分成高温、中温和低温3种。一般中温300℃～4005.00.6中燃油锅炉℃,高温大于400℃,低温小于300℃。根据选择的催
