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工业废气净化

SCR脱硝

时间: 2023-12-15 浏览次数：1034

———————————— ◆ 火电厂烟气脱硝基本概念 ◆ ————————————

>>概念

烟气脱硝是NOx生成后的控制措施，即对燃烧后产生的含NOx的烟气进行脱氮处理的技术方法。

氮氧化物（NOx）一般包括NO 、NO2 、 N2O 、 N2O3 、 N2O4 、 N2O5 等，但是大气主要污染物还是NO 和NO2 。

火力发电厂燃煤锅炉燃烧烟气中(脱硝前)的氮氧化物NOx主要包括NO、NO2，其中NO约占NOx排放总量的95%(体积浓度)，NO2约占NOx排放总量的5%(体积浓度)。

>>氮氧化物生成机理

1、燃料型NOx

燃料型NOx是指燃料中氮的化合物在燃烧过程中被氧化所生成的NOx。燃料型NOx是燃煤电厂锅炉产生NOx的主要途径，大约占NOx总量的75%-90%。

2、热力型NOx

热力型NOx是指空气中的氧气和氮气在燃料燃烧时的高温环境下生成NO和NO2的总和。反应式如下：

N2 + O2→2NO

NO+O2 →NO2

3、其他方面：

瞬态型的NOx：分子氮在火焰前沿的早期阶段，在碳氢化合物的参与影响下，通过中间产物转换的NOx，这部分数量很少，一般不予考虑。

>>氮氧化物生成机理

根据NOx生成机理，世界上控制NOx的技术主要包括燃烧时尽量避免NOx的生成技术和NOx生成后的烟气脱除技术。

1、减少NOx燃烧技术

减少热力NO的措施：①减少燃烧最高温度区域范围；②降低燃烧峰值温度；③降低燃烧的过量空气系数和局部氧气浓度。

减少燃料NO的措施：①减少过量空气系数；②控制燃料与空气的前期混合；③提高入炉的局部燃烧浓度；④利用中间生成物反应降低NOx产量。

2、烟气脱硝

随着环保要求不断提高，各种低氮燃烧技术降低NOx的排放不能满足环保的要求，需采取燃烧后的烟气脱硝处理。

3、燃料分级燃烧

燃料分级燃烧的原理来自于氮氧化物的化学特征，氮氧化物与烃基加上一氧化碳、氢气、碳等在一定条件下，发生反应变回氮气。这种方法的优点是效率非常高，一次反应可以使排放量降低一半左右，并且通过反应还可以起反馈作用，抑制氮氧化物的再生。

———————————————◆ 烟气脱硝SCR工艺 ◆———————————————

目前世界上使用最广泛的方法是选择性催化还原法(SCR) 和选择性非催化还原(SNCR) 。

SCR技术：选择性催化还原法（SCR为Selected Catalytic Reduction英文缩写）。

SNCR技术：选择性非催化还原法（SNCR英文缩写为Selected Non-Catalytic Reduction英文缩写）。

SNCR/SCR混合法技术：选择性非催化还原法和选择性催化还原法的混合技术。

>>温度窗

任何一个化学反应都存在适宜反应发生的温度，通常把这个温度区间称为“温度窗”。NH3对NOx选择还原在有催化剂和没催化剂存在的情况下，具有不同的反应“温度窗”。在不添加催化剂的时候， NH3对NOx理想还原温度窗为850-1200℃，如果温度低于这个区间，还原反应速度就变得缓慢。催化剂的作用能提高化学反应速率，而自身结构和性质不发生变化。正是由于催化剂的加入，使NH3对NOx还原温度窗降低到250-420 ℃。不同的催化剂种类，温度窗也有所不同。

>>SCR技术原理

选择性催化还原法（SCR技术）是以氨（NH3）作为还原剂，在催化剂作用下，将NOx的还原成无害的N2和H2O。 NH3有选择的与烟气中NOx反应，而自身不被烟气中的残余的O2氧化，因此称这种方法为“选择性”。

有氧条件下反应式如下：

4NO + 4NH3 + O2→ 4N2+ 6H2O

2NO2 + 4NH3 + O2→ 3N2 + 6H2O

>>SCR反应原理示意图

>>SCR工艺流程

整个SCR烟气脱硝系统分为两大部分，即SCR反应器和还原剂存储及供应系统。

1、SCR反应器

一般SCR反应器布置在锅炉省煤器与空预器之间，温度为350℃左右的位置。烟气从省煤器底部导出，与带有气氨的稀释空气混合，经一段烟道稳流，通过导流板进SCR反应器反应。烟气经脱硝后进空预器。

2、还原剂存储及供应系统

氨水存储及供应系统包括氨水储罐、卸氨泵和氨水输送泵、氨气稀释槽、废水泵、废水池等等。此套系统提供氨水供脱硝反应使用。氨水的供应由液氨槽车运送，利用氨水卸料泵将氨水由槽车输入氨水储罐内。

尿素储存及供应系统包括尿素溶解罐、尿素溶液储存罐、转存泵、尿素溶液输送泵，稀释水泵等。尿素需要从尿素溶解罐填料口注入，在罐内与除盐水混和达成一定的比例，再经过转存泵注入尿素溶液储存罐内储存。

———————— ◆ 锅炉SCR脱硝装置流程图 ◆ ————————

——————————————— ◆ 运行注意事项 ◆ ———————————————

>>氨气与空气混合物会发生爆炸

氨气在空气中体积浓度达到16-25%时(最易引燃浓度17%)，遇明火会发生爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。运行中控制混合器内氨的浓度远低于爆炸下限，一般控制在5%。

氨是有毒物质，吸入或接触对人体有严重的危害，当要将氨系统管路打开时，需要用氮气冲管置换后再进行作业。

>>氨逃逸率

控制氨逃逸率小于3ppm，因为烟气中部分SO2会转化为SO3， NH3+ SO3+H2O——(NH4)SO4/ NH4HSO4

NH4HSO4沉积温度150-200℃，粘度大，加剧对空预器换热元件的堵塞和腐蚀。

>>催化剂堵塞和失效

反应器布置在高含尘烟气段，这里的烟气未经过除尘，飞灰颗粒以及碱金属对催化剂的冲蚀和沉积比较严重，会引起催化剂空隙堵塞现象，甚至可能引起催化剂中毒，使催化剂活性降低。为保证理想的脱除效率，催化剂表面必须保持清洁，在反应器内安装吹灰器对催化剂层进行定期清洁。

——————————————— ◆ SCR运行实例 ◆ ———————————————

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