烟气脱硝装置技术介绍

烟气脱硝装置技术介绍摘要为了减少NOx排放总量，国内通常采用催化脱硝来减少NOx排放，应用较多的有选择性催化还原法(Selectivecatalyticreduction，简称SCR)、选择性非催化还原法。本文详细介绍了SCR烟气脱硝技术的原理、工艺流程、运行控制和工业应用实例。关键词火电厂烟气脱硝氮氧化物选择性催化还原法催化剂一、烟气脱硝装置(SCR)技术氨气作为脱硝剂被喷入高温烟气脱硝装置中，在催化剂的作用下将烟气中的NOx分解成为N和H20，其反应公式如下：催化剂：4N0+4NH3+02→N2+6H20；催化剂：NO+N02+2NH3→N2+3H20一般通过使用适当的催化剂，上述反应可以在200℃~450℃的温度范围内有效进行，在NH3／NO=l的情况下，可以达到80%~90%的脱硝效率。烟气中的NOx浓度通常是低的，但是烟气的体积相对很大，因此用在SCR上的催化剂一定要具有高性能，反映速度要快、要均匀，反应周期相对较短，因此用在这种条件下的催化剂一定要满足燃煤锅炉高可靠性运行的要求。二、烟气脱硝(SCR)技术特点SCR脱硝技术脱除效率高，并且适应当前的环保要求，因此在火电厂得到了广泛的应用。同时，SCR脱硝技术在国外是应用最多、技术最成熟的技术之一。根据发达国家的经验，SCR脱硝技术必然会成为我国火力电站燃煤锅炉主要的脱硝技术并得到越来越广泛地应用。1．SCR脱硝系统组成。SCR系统一般由氨的储存系统、氨与空气的混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、省煤器系统、SCR旁路、检测控制系统等组成。液氨从液氨槽车由卸料压缩机送入液氨储槽，再经过蒸发槽蒸发为氨气后通过氨缓冲槽和输送管道进入锅炉区，通过与空气均匀混合后由分布导阀进入SCR反应器内部反应，SCR反应器设置于空气预热器前，氨气在SCR反应器的上方，通过一种特殊的喷雾装置和烟气均匀分布混合，混合后烟气通过反应器内的催化剂层进行还原反应。SCR系统设计技术参数主要有反应器入口NOx浓度、反应温度、反应器内空间速度或还原剂的停留时间、NH3/NOx摩尔比、NH3的逃逸量、SCR系统的脱硝效率等。(1)氨的储存、混合系统。每个SCR反应器的氨储存系统由一个氨储存罐、一个氨气／空气混合器、两台氨稀释的空气压缩机（一台备用）和阀门、氨蒸发器等组成。氨储存罐可以容纳15天使用的无水氨量，可充至85%的储罐体积，罐体上装有液面仪和温度显示仪。液氨汽化采用电加热的方式，同时保证氨气／空气混合器内的压力为350Pa。NH3烟气混合的均匀性和分散性是维持低NH3逃逸水平的关键。为保证烟气和氨气在烟道中分散好、混合均匀，可以增加NH3喷入的能量；可以增加喷点的数量和区域；可以改进NH3喷射的分散性和方向；可以在NH3喷入后的烟道中设置导流板。同时，根据冷态流动和数学流动模型计算结果对喷氨系统的结构进行优化。(2)喷氨系统根据锅炉负荷、反应器入口NOx浓度、反应器出口NOx浓度测量的反馈信号，控制氨的喷入量。(3)SCR反应器采用固定床形式，催化剂为模块放置。反应器内的催化剂层数取决于所需的催化剂反应表面积。典型的布置方式是布置二至三层催化剂层。在反应器催化剂层设置吹灰装置，定时吹灰。反应器下设有灰斗，与电厂排灰系统相连，定时排灰。(4)省煤器和反应器旁路系统。在省煤器和反应器之间设置旁路，称之为省煤器旁路。当锅炉负荷降低，烟气流量减少，进入反应器的烟气温度低于要求值时，旁路开通，向反应器导入高温烟气，提高反应器内的温度。此外，在反应器入口和出口间装有一个大的旁路，以防止低温造成催化剂中毒及催化剂污染。所有的SCR系统旁路的插板门均要保证零泄漏。2．催化剂。催化剂是电厂SCR工艺的核心，它约占其投资的1/3。为了使电站安全、经济运行，对SCR工艺使用的催化剂应达到下列要求：(1)低温度时在较宽的温度范围具有较高的活性。(2)高选择性(S02向S03的转换率和其他方面作用低，即副反应少)。(3)对S02、卤族酸(HCL，HF)和碱金属具有化学稳定性。(4)克服强烈温度波动的稳定性，对烟道的压力损失小、寿命长、成本低。(5)理想的催化剂应具有以下优点：高活性、抗中毒能力强、好的机械强度和耐磨损性、有合适的工作温度区间。三、SCR法催化剂的介绍1．催化剂种类。最初开发的催化剂是粒状的。现在为了防止催化剂层被粉末堵塞，减少压力损失，而采用蜂窝状或平板状催化剂。2．催化剂的组成。主要有基材（构成催化剂的骨架）、载体（使活性金属成分能够较好的分散和保持的材料）以及活性金属（其产生催化作用的成分）构成。3．催化剂的性能。对催化剂性能影响较大的因素有反应温度、催化剂的投用量和氨的注入量。温度在350℃~400℃时，催化剂有最佳的活性，通常脱硝反应设定在这个温度范围内，催化剂的性能才能得以保证，如果反应温度不在这个温度范围内时，催化剂的性能将降低，尤其是在高温区域使用时，由于过热促使催化剂的表面被烧结，使催化剂的寿命降低。但是，近年来，随着脱硝装置适用范围的扩大，同时也要求催化剂的使用温度范围扩大。催化剂量是根据脱硝装置的设计能力和操作要求来决定的，增加催化剂量可以提高脱硝性能。在实际中，催化剂的初期充填量是设计要求的最适量和使用期间的损失量之和。一般用SV值(SV值=处理气体量(m3(vn)／h)/催化剂量m3))来表示催化剂的充填量指标。NH3量的注入指标用注入的NH3和处理气体中的NOx的物质的量（容量）之比（NH3／NOx）表示，一般根据所要求的脱硝装置性能来设定NH3／NOx。排放的气体中含有其他成分，如水(H20)、氧气(02)等，对脱硝性能仅有很小的影响，而sOx、NOx、N2则没有影响。但是，因NH3的注入量是根据NH3和NOx的物质的量之比决定的。所以NOx浓度对NH3的泄露浓度有影响。四、SCR测量控制系统1.反应温度控制。浓度和催化剂量时必须考虑对脱硝装置后部机器的影响。在一定温度范围内，随着反应温度提高，NOX脱除率急剧增加，待脱硝率达到最大值时，温度继续升高会使NH3氧化而使脱硝率下降；反应温度过低，烟气脱硝反应不充分，易产生NH3的逃逸。因此要对SCR系统入口烟气温度进行监测，并通过调节省煤器旁路开度控制SCR系统入口烟气温度。2．氨量的控制。在NH3/NOx摩尔比小于1时，随NH3/NOx摩尔比的增加，NH3会造成二次污染，一般控制NH3/NOx摩尔比在1.0左右。氨的流量控制阀调节控制NH3的流量，控制系统根据反应器入口的NOx的排放浓度、烟气流量、反应器出口所要求的NOx的排放浓度和氨的逃逸浓度计算出氨的供给流量。为保证人身和设备安全，发生下列情况，氨气阀门自动关闭：低的烟气流量；高的氨气／空气比；催化剂入口烟气温度过高；催化剂入口烟气温度过低；没有来自锅炉的运行信号；启动急停开关；3．氨稀释空气流量控制。氨稀释用空气流量在SCR系统运行时被设定好，不再调整。使用两台空气压缩机，并且两台压缩机互为备用。保证空气的输送压力和流量。4．氨气蒸发器。氨气蒸发器与储罐为一体化结构，加热器放置在无水氨的液体中，通过氨储罐内的压力控制加热器。当储罐内的压力低于设定压力时，加热器通电加热液氨；加热器过热则断电保护。五、结束语国民经济的可持续发展离不开能源的支持，中国是当今世界上最大的产煤国和消费国，已探明的储量为1万亿吨左右，占已探明的煤炭、石油、天然气及水电资源的90%。所以煤炭资源在国民经济发展中做出了巨大的贡献。同时在开采和使用的过程中对环境造成二次污染。燃煤锅炉排放的NOx是大气污染的元凶之一，该物质达到一定浓度就会对人体健康构成威胁和危害。氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，最终形成酸雨；并且吸入的二氧化氮可对人的肺部产生强烈的刺激作用和腐蚀作用，长期吸入会得肺水肿病等，可以说大气污染严重破坏生态环境和严重危害人的健康。因此，现在必须进行脱硝除尘来减轻大气污染。特别是燃煤电厂，装备脱硝系统刻不容缓。参考文献[1]燃煤电厂除尘、脱硫、脱硝技术．[2]国家环保局GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准．