选择性 催化还原技术脱硝

      简介: 选择性催化还原法(selective catalytic reduction,scr)是指在 催化剂的作用下,利用还原剂(如nh3、液氨、尿素)来“有选择性”地与烟气中的nox反应并 生成无毒无污染的n2和h2o。首先由美国的engelhard公司发现并于1957年申请专利,后来日 本在该国环保政策的驱动下,成功研 制出了现今被广泛使用的v2o5/tio2催化剂…

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      简介:
             选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR)是指在 催化剂的作用下,利用还原剂(如NH3、液氨、尿素)来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并 生成无毒无污染的N2和H2O。首先由美国的Engelhard公司发现并于1957年申请专利,后来日 本在该国环保政策的驱动下,成功研 制出了现今被广泛使用的V2O5/TiO2催化剂,并分别在1977年和1979年在燃 油和燃煤锅炉上成功投入商业运用。SCR技术对锅炉烟气NOx控制效果十分显著、技术较为成熟,目前已 成为世界上应用最多、最有成 效的一种烟气脱硝技术。合理的 布置及温度范围下,可达到80~90%的脱除率。在我国,利用SCR进行烟 气脱硝的工作才刚刚起步。
             中文名:选择性催化还原法
             外文名:Selective Catalytic Reduction
             简称:SCR
             发现公司:Engelhard公司
             特点:NOx脱除效率高,二次污染小等

      化学机理:
             在SCR脱硝过程中,通过加氨可以把NOx转化为 空气中天然含有的氮气(N2)和水(H2O),其主要 的化学反应如下:
             4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
             6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O
             6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O
             2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2
             在没有 催化剂的情况下,上述化 学反应只在很窄的温度范围内(850~1100℃)进行,采用催 化剂后使反应活化能降低,可在较低温度(300~400℃)条件下进行。而选择 性是指在催化剂的作用和氧气存在的条件下,NH3优先与NOx发生还原反应,而不和 烟气中的氧进行氧化反应。目前国内外SCR系统多 采用高温催化剂,反应温度在315~400℃。
      影响反应过程的因素:
      1、反应温度
             反应温 度不仅决定反应物的反应速度,而且决 定催化剂的反应活性。一般来说,反应温度越高 ,反应速度越快,催化剂的活性也越高,这样单 位反应所需的反应空间小 , 反应器体积变小。综合反应物加热、系统控 制及催化剂的适应温度范围,目前的SCR系统温度常设定在320一420℃之间。
      2、空间速度
             空间速度是SCR的一个关键设计参数,它是烟气(标准状态下的湿烟气)在催化 剂容积内的停留时间尺度,在某种 程度上决定反应物是否完全反应,同时也 决定着反应器催化剂骨架的冲刷和烟气的沿程阻力。空间速度大,烟气在 反应器内的停留时间短,则反应有可能不完全,这样氨的逃逸量就大,同时烟 气对催化剂骨架的冲刷也大。对于固 态排渣炉高灰段布置的SCR反应器,空间速度选择一般是(2500 ~ 3500) h。华夏电 力公司篙屿电厂采用的SCR反应器烟气速度为5.55 m/s (380℃时 )。
      3、烟气流型
             烟气流 型的优劣决定着催化剂的应用效果,合理的 烟气流型不仅能较高地利用催化剂,而且能 减少烟气的沿程阻力。在工程 设计中必须重视烟气的流场,喷氨点 应具有湍流条件以实现与烟气的最佳混合,形成明 确的均项流动区域。
      4、催化剂
             催化剂的类型、结构和 表面积催化剂是SCR系统中最关键的部分,其类型、结构和表面积对脱除NOx效果均有很大影响。

      工艺流程:
             典型SCR主要工艺流程为:还原剂(液氮)用罐装卡车运输,以液体 状态储存于氨罐中;液态氮在注入SCR系统烟 气之前经由蒸发器蒸发汽化;汽化的 氨和稀释空气混合,通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中;充分混 合后的还原剂和烟气在SCR反应器 中催化剂的作用下发生反应,去除NOx
      典型SCR系统的组成(以液氮为还原剂)


      SCR的基本 操作运行过程主要包括以下几个步骤:
             (1)氨的准备与储存。
             (2)氨的蒸 发并与预混空气相混合。
             (3)氨与空 气的混合气体在反应器前的适当位置喷入烟气系统中,其位置 通常在反应器入口附近的烟道中。
             (4)喷入的 混合气体与烟气的混合。
             (5)各反应 物向催化剂表面的扩散并进行反应。
             SCR的其它 辅助设备和装置主要包括SCR反应器 的入口和出口的管路系统,SCR的旁路管路、吹灰装置、省煤器旁路管路系统,以及增 加脱硝装置后需要升级成更换的尾部引风机。

      SCR技术具有以下特点:
      ①NOx脱除效率高
             据有关 文献记载及工程实例监测数据,SCR法一般的NOx脱除效率可维持在70%-90%,一般的NOx出口浓度可降低至100mg/m左右,是一种 高效的烟气脱硝技术。
      ②二次污染小
             SCR法的基 本原理是用还原剂将NOx还原为无毒无污染的N2和H2O,整个工 艺产生的二次污染物质很少。
      ③技术较成熟,应用广泛
             SCR烟气脱 硝技术已在发达国家得到较多应用。如德国,火力发 电厂的烟气脱硝装置中SCR法大约占95%。在我国 已建成或拟建的烟气脱硝工程中采用的也多是SCR法。
      ④投资费用高,运行成本高
             以我国第一家采用SCR脱硝系统的火电厂—福建漳 州后石电厂为例,该电厂600MW机组采用日立公司的SCR烟气脱硝技术,总投资约为1.5亿人民币。除了一次性投资外,SCR工艺的 运行成本也很高,其主要 表现在催化剂的更换费用高、还原剂(液氨、氨水、尿素等)消耗费用高等。

       

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