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鍋爐SCR煙氣脫硝技術(shù)的相關(guān)知識(shí)
來(lái)源：上海集聯(lián)自動(dòng)化技術(shù)有限公司 │ 發(fā)表時(shí)間：2020-08-04 | 瀏覽數(shù)：載入中...
鍋爐SCR煙氣脫硝技術(shù)的相關(guān)知識(shí)
什么是SCR煙氣脫硝技術(shù)?
SCR煙氣脫硝技術(shù)即選擇性催化還原技術(shù)(SelectiveCatalyticReduction，簡(jiǎn)稱SCR)，是向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它合適的還原劑，利用催化劑(鐵、釩、鉻、鈷或鉬等堿金屬)在溫度為200-450℃時(shí)將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退?。由于NH3具有選擇性，只與NOx發(fā)生反應(yīng)，基本不與O2反應(yīng)，故稱為選擇性催化還原脫硝。在通常的設(shè)計(jì)中，使用液態(tài)純氨或氨水(氨的水溶液)，無(wú)論以何種形式使用氨，首先使氨蒸發(fā)，然后氨和稀釋空氣或煙氣混合，最后利用噴氨格柵將其噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中。
SCR法的優(yōu)點(diǎn)有哪些?
SCR法是國(guó)際上應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的一種煙氣脫硝技術(shù)。該法的優(yōu)點(diǎn)是：由于使用了催化劑，故反應(yīng)溫度較低;凈化率高，可高達(dá)85%以上;工藝設(shè)備緊湊，運(yùn)行可靠;還原后的氮?dú)夥趴?，無(wú)二次污染。
SCR法的缺點(diǎn)有哪些?
SCR法存在一些明顯的缺點(diǎn)：煙氣成分復(fù)雜，某些污染物可使催化劑中毒;高分散度的粉塵微粒可覆蓋催化劑的表面，使其活性下降;系統(tǒng)中存在一些未反應(yīng)的NH3和煙氣中的SO2作用，生成易腐蝕和堵塞設(shè)備的硫酸氨(NH4)2SO4和硫酸氫氨NH4HSO4,同時(shí)還會(huì)降低氨的利用率;投資與運(yùn)行費(fèi)用較高。
SCR系統(tǒng)里的NOx是如何被反應(yīng)的?
在SCR反應(yīng)器內(nèi)，NO通過(guò)以下反應(yīng)被還原：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O當(dāng)煙氣中有氧氣時(shí)，反應(yīng)第一式優(yōu)先進(jìn)行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對(duì)一的關(guān)系。
在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的NOx濃度的5%，NO2參與的反應(yīng)如下：2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2O
上面兩個(gè)反應(yīng)表明還原NO2比還原NO需要更多的氨。在絕大多數(shù)鍋爐的煙氣中，NO2僅占NOx總量的一小部分，因此NO2的影響并不顯著。
SCR脫硝法的催化劑如何選擇?
SCR法中催化劑的選取是關(guān)鍵因素，對(duì)催化劑的要求是活性高、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好不產(chǎn)生二次污染。在以氨為還原劑來(lái)還原NOx時(shí)，雖然過(guò)程容易進(jìn)行，銅、鐵、鉻、錳等非貴金屬都可起到有效的催化作用，但因煙氣中含有SO2、塵粒和水霧，對(duì)催化反應(yīng)和催化劑均不利，故采用銅、鐵等金屬作為催化劑的SCR法必須首先進(jìn)行煙氣除塵和脫硫;或者是選用不易受骯臟煙氣污染和腐蝕等影響的，同時(shí)要具有一定的活性和耐受一定溫度的催化劑，如二氧化鈦為基體的堿金屬催化劑，其最佳反應(yīng)溫度為300-400℃。
如何保證SCR系統(tǒng)NOx脫除效率?
SCR系統(tǒng)NOx脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和NOx反應(yīng)。有一小部分氨不反應(yīng)而是作為氨逃逸離開(kāi)了反應(yīng)器。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于新的催化劑，氨逃逸量很低。但是，隨著催化劑失活或者表面被飛灰覆蓋或堵塞，氨逃逸量就會(huì)增加，為了維持需要的NOx脫除率，就必須增加反應(yīng)器中NH3/NOx摩爾比。當(dāng)不能保證預(yù)先設(shè)定的脫硝效率和(或)氨逃逸量的性能標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就必須在反應(yīng)器內(nèi)添加或更換新的催化劑以恢復(fù)催化劑的活性和反應(yīng)器性能。
SCR脫硝過(guò)程中氨的氧化機(jī)理及危害?
氨的氧化將一部分氨轉(zhuǎn)化為其它的氮化合物。可能的反應(yīng)有：4NH3+5O2→4NO+6H2O4NH3+3O2→2N2+6H2O2NH3+2O2→N2O+3H2O
影響氨氧化反應(yīng)的因素有：催化劑成分、煙氣中各組分和氨的濃度、反應(yīng)器溫度等。一般認(rèn)為在釩催化劑上，當(dāng)溫度超過(guò)399℃時(shí)，氨的氧化對(duì)脫硝過(guò)程才有顯著影響。
其危害：首先，達(dá)到給定的NOx脫除率需要的氨供給率將增加，需要添加額外的還原劑以替換被氧化的氨;第二，氨的氧化減少了催化劑內(nèi)表面吸附的氨，可能影響NOx脫除，可能導(dǎo)致催化劑體積不足;此外，由于氨不是被氧化就是與NOx反應(yīng)或者作為氨逃逸從反應(yīng)器中排出，因此氨的氧化使SCR工藝過(guò)程的物料平衡變得復(fù)雜。因此，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)需要安裝氨逃逸的測(cè)量?jī)x器。
SCR脫硝過(guò)程中SO2氧化的機(jī)理及危害?
SCR催化劑的氧化特性使燃用含硫煤的鍋爐的脫硝反應(yīng)器也會(huì)將SO2氧化為SO3：2SO2+O2→2SO3。SO2氧化率受煙氣中SO2濃度、反應(yīng)器溫度、催化劑質(zhì)量、催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配方的影響。SO3的產(chǎn)生率正比于煙氣中SO2的濃度。增加反應(yīng)溫度也會(huì)加快SO2的氧化，當(dāng)溫度超過(guò)371℃時(shí)，氧化速率將迅速增加。
SO2氧化速率也與反應(yīng)器中催化劑的體積成正比，因此，為獲得高的脫硝效率和低的氨逃逸而設(shè)計(jì)的反應(yīng)器也會(huì)產(chǎn)生更多的SO3。
SO3與催化劑組分及煙氣組分反應(yīng)，形成固體顆粒沉積在催化劑表面或內(nèi)部，縮短催化劑壽命。SCR反應(yīng)器產(chǎn)生的SO3增加了煙氣中SO3的本底濃度。
SCR脫硝過(guò)程中銨鹽(如硫酸氫銨和硫酸銨)的形成機(jī)理及危害。
約在320℃以下，SO3和逃逸的氨反應(yīng)，形成硫酸氫銨和硫酸銨：NH3+SO3+H2O→NH4HSO42NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4
這些物質(zhì)從煙氣中凝結(jié)并沉積，可以使催化劑失活;造成SCR系統(tǒng)的下游設(shè)備沾污和腐蝕，增加空氣預(yù)熱器的壓降并降低其傳熱性能;使飛灰及脫硫裝置副產(chǎn)物不適合于特定的用途。
降低上述影響是將氨逃逸量維持在低水平以及控制燃用含硫燃料鍋爐SCR裝置的SO2氧化率。銨鹽沉積開(kāi)始的溫度是氨和SO3濃度的函數(shù)，為了避免催化劑沾污，在滿負(fù)荷條件下，SCR系統(tǒng)運(yùn)行溫度應(yīng)該維持在320℃以上。
影響SCR脫硝性能的因素有哪些?
影響SCR脫硝性能的幾個(gè)關(guān)鍵因素有：反應(yīng)溫度、煙氣速度、催化劑的類型、結(jié)構(gòu)和表面積以及煙氣/氨氣的混合效果。
催化劑是SCR系統(tǒng)中的主要部分，其成分組成、結(jié)構(gòu)、壽命及相關(guān)參數(shù)直接影響SCR系統(tǒng)的脫硝效率及運(yùn)行狀況。不同的催化劑適宜的反應(yīng)溫度也差別各異。反應(yīng)溫度不僅決定反應(yīng)物的反應(yīng)速度，而且決定催化劑的反應(yīng)活性。如果反應(yīng)溫度太低，催化劑的活性降低，脫硝效率下降，則達(dá)不到脫硝的效果。
此外催化劑在低溫下持續(xù)運(yùn)行，還將導(dǎo)致催化劑的永久性損壞;如果反應(yīng)溫度太高，則NH3容易被氧化，生成NOx的量增加，甚至?xí)鸫呋瘎┎牧系南嘧儯瑢?dǎo)致催化劑的活性退化。在相同的條件下，反應(yīng)器中的催化劑表面積越大，NO的脫除效率越高，同時(shí)氨的逸出量也越少。
NH3輸入量必須既保證SCR系統(tǒng)NOx的脫除效率，又保證較低的氨逃逸率。只有氣流在反應(yīng)器中速度分布均勻及流動(dòng)方向調(diào)整得當(dāng)，NOx轉(zhuǎn)化率、氨逃逸率和催化劑的壽命才能得以保證。采用合理的噴嘴格柵，并為氨和煙氣提供足夠長(zhǎng)的混合煙道，是使氨和煙氣均勻混合的有效措施，可以避免由于氨和煙氣的混合不均所引起的一系列問(wèn)題。
![氨逃逸系統(tǒng)]( "氨逃逸系統(tǒng)")
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