选择性催化还原SCR脱硝技术应用问题及对策

选择性催化还原选择性催化还原SCR脱硝技术应用问题及对策脱硝技术应用问题及对策摘要摘要:本文系统地介绍了SCR法脱硝原理,并分析了影响SCR法性能的一些因素,主要包括:催化剂活性、烟气温度、SO2转化率、NH3的逃逸。根据SCR法脱硝技术原理和应用实践,讨论了影响脱硝设备性能的技术和工程原因,针对实际应用中存在的问题提出了相应的对策。关键词关键词:SCR,氮氧化物,催化剂,SO2转化率,NH3逃逸0前言前言我国一次能源结构以煤炭为主,燃煤产生的氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一,不仅会形成酸雨,还能导致光化学烟雾,危害人类健康,而燃煤电站是NOx排放的大户。煤燃烧过程中生成的NOx有三种方式:热力型NOx,它是空气中的氮气在高温下氧化而成;燃料型NOx,它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成;速度型NOx,它是燃烧时空气中氮和燃料中的碳氢化合物反应生成的。对于燃煤电站锅炉,一般热力型NOx占总NOx排放量的25%,燃料型NOx占75%,速度型NOx所占份额很少。目前燃煤电站的NOx控制技术主要包括各类低NOx燃烧技术如空气分级燃烧、燃料分级燃烧、煤粉再燃等以及烟气脱硝技术如SCR(选择性催化还原)、SNCR(非选择性催化还原)等。其中SCR技术具有较高的脱硝效率(可达90%),且技术较为成熟,无二次污染,在我国得到了越来越多的应用。1SCR法基本原理法基本原理氮氧化物(NOx)选择性催化还原过程是在催化剂的作用下,通过加氨(NH3)可以把NOx转化成空气中天然含有的氮气(N2)和水,由于NH3可以“选择性的”和NOx反应而不是被氧气(O2)氧化,因此反应被称为具有“选择性”。主要反应方程式如下:4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2ONO+NO2+2NH3→2N2+3H2O除上述反应之外,在条件改变时,还可能发生以下副反应:4NH3+3O2→2N2+6H2O4NH3+5O2→4NO+6H2O2NH3→N2+3H2SO3+2NH3+H2O→(NH4)2SO4SO3+NH3+H2O→NH4HSO42影响影响SCR法脱硝性能因素及对策法脱硝性能因素及对策2.1催化剂的活性催化剂的活性市场上主流催化剂有三种,分别为蜂窝式、平板式、与波纹板式。表1给出了三种形式催化剂特性比较。目前,广泛应用的SCR催化剂是以TiO2为载体,V2O5-WO3为活性物质组成的平板式催化剂。催化剂活性丧失主要原因是由于在SCR装置在实际运行过程中,由于烟气中的某些成分引起催化剂中毒、烟气温度过高造成催化剂烧结、由于飞灰的撞击造成催化剂的磨蚀等。2.1.1催化剂中毒催化剂中毒催化剂的中毒主要为碱金属中毒和金属砷中毒。两种中毒的机理为水溶性碱金属和气态砷化物进入催化剂内部并堆积,在催化剂活性位置与其他物质发生反应,引起催化剂活性降低。对于碱金属中毒,由于碱金属在水溶下的活性很强,将会完全渗透进入催化剂材料中,所以避免水蒸汽在催化剂表面凝结,可有效避免此类情况发生。烟气中含水率与催化剂活性的关系如图1所示。典型的砷中毒是由于烟气中的As2O3引起的,As2O3分散到催化剂中并固化在活性、非活性区域,使反应气体在催化剂内的扩散受到限制。对于金属砷引起的中毒,普遍采用向炉膛内添加1%～2%的石灰石(典型的石灰石和燃料比是1∶50),石灰石中的CaO与砷反应,将气态的砷固化为不会使催化剂中毒的固态CaAsO4。2.1.2催化剂的磨蚀催化剂的磨蚀磨蚀是由于飞灰碰撞催化剂表面引起的。磨蚀强度与气流速度、飞灰特性、撞击角度及催化剂本身特性有关。大多数的催化剂磨蚀发生在直接暴露在尘粒冲击的催化剂边缘,通常采用在催化剂入口部分加以硬化以及提高边缘硬度等措施来降低磨蚀。2.2烟气温度烟气温度烟气温度既决定了催化还原反应的速度,也决定了催化剂的活性。催化剂的活性与烟气温度的关系如图2所示。当烟气温度在340℃～380℃之间时,V2O5活性最高及催化剂活性最高,这也是大多数SCR反应器置于省煤器和空预器之间的原因。当烟气温度较低,不仅催化剂活性降低,而且喷入的还原剂NH3与SO2反应生成硫酸铵,附着在催化剂表面;当烟气温度较高,喷入的还原剂NH3与O2反应生成NOX抵消了脱硝效果。当催化剂长时间暴露于450℃以上的高温环境中可引起催化剂活性位置的烧结,导致催化剂颗粒增大,表面积减小,而使催化剂活性减低。烟气温度主要随锅炉负荷变化而变化,因此应尽量保持炉膛负荷稳定。部分SCR装置设计有省煤器旁路,当锅炉负荷变化时,造成SCR反应器入口烟气温度变化,这时可采取烟气走省煤器旁路的办法调节SCR反应器入口烟气温度。在催化剂制作工艺上适量加入钨进行退