scr与sncr烟气脱硝的主要工艺

SCR和SNCR烟气脱硝关键技术氮氧化物排放标准越来越严格，使学界深入了解NOx的产生机理和减排措施，工程界有了更有效的NOx解决方案，一些脱硝工业装置的成功运行使立法越来越完善。自1943年Zeldovich提出热NO概念以来，1989年基于化学反应动力学软件CHEMKIN构建了含234个化学反应的NOx预测模型，并建立了当前的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD ) 在软件STAR-CD (或FLUENT )和CHEMKIN的完全结合解决了NOx的生成之前，不向工程学界提供完全的技术援助。 从低氧燃烧、废气循环燃烧、二次燃烧、浓淡燃烧、阶段燃烧、低氮燃烧器等各种炉内燃烧过程的改善到现在形式不同的脱硝过程，立法界、学术界和工程界的交替作用使脱硝过程和市场成熟完善。2.1选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR )选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR )是指在催化剂的作用下以NH3为还原剂，“选择性”与烟气中的NOx反应，生成无毒无害的N2和H2O。 其原理首先由Engelhard公司发现，1957年申请了专利，然后日本根据该国的环境保护政策，开发了目前广泛使用的V2O5/TiO2催化剂，1977年和1979年分别在燃料和燃煤锅炉上商业运用成功。 SCR成为目前世界上最多、最成熟、最有效的烟气脱硝技术，其主要反应方程如下4NH3 4NO O2=4N2 6H2O (1)8NH3 6NO2=7N2 12H2O (2)或4NH3 2NO2 O2=3N2 6H2O (2a )选择合适的催化剂可以使反应(1)和(2)在200400的温度范围内进行，有效地抑制副反应的发生。 NH3和NO的化学计量比为1时，可以得到80%90%的高NOx脱离率。 目前世界上采用SCR的装置有数百套，技术成熟可靠。 我国电力系统中目前最大的烟气脱硝装置福建后石电厂600MW机组烟气脱硝系统采用PM型低NOx燃烧器阶段性燃烧耦合SCR装置的工艺，其SCR部分的示意工艺流程如图1所示，主要为氨气和供气系统、氨气/空气液氨从罐车运到液氨贮槽，排出的液氨通过氨蒸发器变成氨，加热到常温后送到氨缓冲罐备用。 缓冲罐的氨减压后，送入氨/空气混合器，与送风机的空气混合后，从喷氨格栅(Ammonia Injection Grid，AIG )的喷嘴喷出到烟中，充分混合，进入催化反应器。 烟流过催化反应器的催化剂层时，氨和NOx通过催化剂将NO和NO2还原成N2和H2O。 NOx的去除效率主要取决于反应温度、NH3和NOx的化学计量比、烟气中的氧浓度、催化剂的性质和量等。图1 SCR过程的流程图fig.1 schematicselectivecatayticreduction (SCR )程序SCR系统的配置方式有3种，上述后石电厂的配置方式被称为高温高尘配置方式，另外还有高温低尘和低温低尘的配置方式。 高温高尘配置方式是目前应用最广泛的一种方式，其优点是催化反应器在300400的温度范围内，有利于反应的进行，但由于催化剂在高尘烟中，条件差，刷洗严重，寿命受影响。 高温低尘配置方式是SCR反应器配置在省煤器后的高温电动吸尘器和空气预热器之间，防止烟雾中飞灰引起的催化剂污染和反应器磨损和堵塞的配置方式，存在电动吸尘器在300400的高温下运转条件差的缺点。 低温低尘配置(或尾部配置)方式是将SCR反应器配置在吸尘器和烟气脱硫系统后，催化剂不受飞灰和SO2的影响，但由于烟气温度较低，一般需要使用气体热交换器和增设燃料和天然气的燃烧器将烟气温度提高到催化剂的活性温度，增加能耗和运行费用SCR可能遇到的问题主要包括：(1)氨泄漏(NH3 slip )是指未反应的排氨系统，可引起二次污染，以合理的设计将正常氨泄漏量控制在5ppm以内(2)燃烧高硫炭时，烟中的SO2的一部分被氧化生成SO3，该部分SO3以及烟中的SO3与NH3进一步反应生成氨盐，引起催化剂中毒和堵塞。 主要的副反应包括：2SO2 O2=2SO3 (3)2NH3 SO3 H2O=(NH4)2SO4 (4)NH3 SO3 H2O=NH4HSO4 (5)它主要利用低硫煤，减少氨的泄漏量，或者在FGD系统中安装SCR反应器，抑制或减少氨盐的生成。(3)飞灰中重金属(主要是As )和碱性氧化物(主要是MgO、CaO、Na2O、K2O等)的存在会显着降低催化剂中毒和活性。(4)过剩的NH3可能与O2反应生成N2O，N2O对人体无害，但最近的研究成果表明，N2O是带来温室效应的气体之一。 这些反应包括：2NH3 2O2=N2O 3H2O (6)但这些问题都可以通过选择合适的催化剂，控制合理的反应温度，调节理想的化学计量比等方法将危害降至最低。 SCR技术具有锅炉烟气NOx控制效果非常显着、占地面积小、技术成熟、可靠、易操作等优点，是目前投入大规模商业应用、能满足严格环保政策的唯一控制措施，也是我国煤电厂控制NOx污染的主要手段之一。 但是，由于SCR需要消耗大量的催化剂，存在运行成本高、设备投资大的缺点，同时改造单元也有场所限制，对设计水平提出了更高的要求。2.2选择性非催化还原法(selective non-catalytic reduction，SNCR )SCR技术的催化剂费用通常占SCR系统初期投资的50-60%左右，其运行成本受催化剂寿命的影响很大，产生了选择性非催化氧化还原法。 被称为选择性非催化氧化还原法(selective non-catalytic reduction，SNCR )技术或热DeNOx技术的技术最初由美国埃克森公司发明，1974年在日本成功地应用于工业。 其基本原理是，上述反应(1)在没有催化剂的9008001100的狭窄温度范围内进行，而且与O2几乎不起作用。 SNCR法还原剂除NH3外还可以使用尿素或其他氨基，其反应机理相当复杂。 使用尿素作为还原剂时反应式可以如下简单地表示H2NCONH2 2NO 1/2O2=2N2 CO2 H2O (7)与SCR工艺类似，NOx的去除效率主要取决于反应温度、NH3与NOx的化学计量比、混合程度、反应时间等。 研究表明，控制SNCR工艺的温度至关重要，温度过低时NH3的反应不完全，容易导致NH3泄漏的温度过高时NH3容易被NO氧化，NH3的去除效果相抵消。 温度过高或过低会降低还原剂的损失和NOx去除率。 通常，设计合理的SNCR技术能够实现30-70%的去除效率，而且文献中也报道了80%的效率。SNCR与SCR工艺相似，如氨泄漏、N2O的产生、尿素作为还原剂时，可能会产生CO二次污染等问题。 然而，合理的工艺设计和参数控制可将这些危险性降至最低。SNCR与SCR相比运行成本低，旧设备的改造少，特别适合改造单元，仅需氨水贮槽和喷射装置，投资比SCR法小，但存在还原剂消耗量多，NOx的去除效率低等缺点，在温度窗的选择和控制也困难的同时SCR程序和SNCR程序的比较如表1所示。表1 SCR与SNCR工艺的比较表1 comparison of SCR and SNCR进程名称选择性催化氧化还原法(SCR )选择性非催化氧化还原法(SNCR )NOx去除效率(% )70-9030-80操作温度()200-500800-1100NH3/NOx摩尔比0.4-1.00.8-2.5氨泄漏(ppm )55-20战斗机总投资很贵低运营成本中等程度中等程度SNCR/SCR与烟气脱硝技术结合两者优势，将SNCR工艺还原剂吹入炉膛，使SCR工艺脱出的NH3与未脱出的NOx发生催化还原反应. 典型的联合装置能够除去84%的NOx，同时NH3浓度低于10ppm。 图2显示的是SNCR/SCR联合过程NOx的理论脱离效率曲线，横轴和纵轴分别单纯显示的是采用SNCR或SCR过程时NOx的脱离效率，如果SCR的效率为20%，则SCR的效率可以满足37.5%以上另外，在图2中，没有考虑通过低氮燃烧器和燃烧改善去除氮氧化物，如果该效率为50%，SNCR和SCR的效率分别为20%和37.5%，则总的NOx效率高达75%。 该分析方法