廢氣脫硝是目前發(fā)達國家普遍采用的減少Nox排放的方法,應(yīng)用較多的有選擇性催化還原法(Selectivecatalyticreduction,簡稱SCR)、選擇性非催化還原法(Selectivenon-catalyticreduction,以下簡稱SNCR)。SCR的脫硝率可達90%以上。SCR的發(fā)明權(quán)屬于美國,而日本率先于20世紀70年代實現(xiàn)其商業(yè)化應(yīng)用。目前該技術(shù)在發(fā)達國家已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用。日本有93%以上的廢氣脫硝采用SCR,運行裝置超過300套。德國于20世紀80年代引進該技術(shù),并規(guī)定發(fā)電量50MW以上的電廠都得配備SCR裝置。臺灣有100套以上的SCR裝置在運行。大慶石化總廠化肥廠、川化集團公司、北京燕山石化公司合成橡膠廠和福建漳州電廠等也從國外引進了SCR裝置。
1技術(shù)原理
有多種還原劑(CH4、H2、CO和NH3)可以將Nox還原成N2,尤其是NH3可以按下式選擇性地和Nox反應(yīng):
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O(1)
8NH3+6NO2=7N2+12H2O(2)
通過使用適當?shù)拇呋瘎鲜龇磻?yīng)可以在200~450℃的范圍內(nèi)有效進行。在NH3/Nox為1(摩爾比)的條件下,可以得到80%~90%的脫硝率。在反應(yīng)過程中,NH3有選擇性地和Nox反應(yīng)生成N2和H2O,而不是被O2所氧化。
2工藝流程
SCR廢氣脫硫裝置的工藝流程如圖1所示,主要由氨氣供應(yīng)系統(tǒng)、氨氣控制系統(tǒng)、催化劑、排氣系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)和反應(yīng)器等組成。液氨由槽車運送到液氨儲罐,液氨儲槽輸出的液氨在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氨氣,并將氨氣加熱到常溫后,送到氨氣緩沖罐備用。氨氣緩沖罐的氨氣經(jīng)調(diào)壓閥減壓后,通過噴氨格柵的噴嘴噴入廢氣中與廢氣混合,再經(jīng)靜態(tài)混合器充分混合后進入催化反應(yīng)器。當廢氣溫度低時,預(yù)熱系統(tǒng)用來加熱廢氣。達到反應(yīng)溫度且與氨氣充分混合的廢氣流經(jīng)SCR反應(yīng)器的催化層時,氨氣與Nox發(fā)生催化氧化還原反應(yīng),將Nox還原為無害的N2和H2O。
3運行控制
3.1催化劑的活性
催化劑是SCR技術(shù)的核心,其形狀一般為板式或蜂窩式。由于蜂窩式催化劑優(yōu)良的耐久性、耐腐性、高可靠性,高反復(fù)利用率、低壓降,故使用的較廣泛。常用的催化劑主要成分為V2O5/TiO2。蜂窩式催化劑的斷面尺寸一般為:150mm×150mm;長度400mm~1000mm。SCR裝置的運行成本在很大程度上取決于催化劑的壽命。其使用壽命又取決于催化劑活性的衰減速度。催化劑的失活分為物理失活和化學(xué)失活。典型的SCR催化劑化學(xué)失活主要是堿金屬(如Na、K、Ca等)和重金屬(如As、Pt、Pb等)引起的催化劑中毒。堿金屬吸附在催化劑的毛細孔表面,金屬氧化物(如MgO、KaO等)中和催化劑表面的SO3生成硫化物而造成催化劑中毒。砷中毒是廢氣中的三氧化二砷與催化劑結(jié)合引起的。催化劑物理失活主要是指高溫燒結(jié)、磨損和固體顆粒沉積堵塞而引起催化劑活性破壞。
SCR系統(tǒng)所出現(xiàn)的磨損和堵塞可以通過反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(設(shè)置自動的導(dǎo)流葉片裝置,倒轉(zhuǎn)氨的噴射方向使之與流動方向相反)加以緩解。如果廢氣中有粉塵,為了保證催化劑表面的潔凈,在反應(yīng)器中安裝吹灰器是很有必要的。
如果廢氣中含有能使催化劑中毒的固體顆粒物,則廢氣需進行預(yù)處理,比如采用靜電除塵、加入脫砷劑等,去除催化劑毒物級固體顆粒物,避免催化劑中毒。