SCR烟气脱硝技术孙思思--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

SCR烟气脱硝技术孙思思

发表时间：2020/9/10 来源：《基层建设》2020年第14期作者：孙思思

[导读] 摘要：随着我国电厂生产效率的提高，锅炉大气污染影响也受到更多关注，SCR烟气脱硝技术的应用能够在一定程度上环节这种大气污染带来的不利影响，推动电厂企业的良性发展。文章以此为基础对SCR技术进行分析，并探讨SCR烟气脱硝技术的具体应用。

        江苏爱尔沃特环保科技有限公司江苏徐州 221000
        摘要：随着我国电厂生产效率的提高，锅炉大气污染影响也受到更多关注，SCR烟气脱硝技术的应用能够在一定程度上环节这种大气污染带来的不利影响，推动电厂企业的良性发展。文章以此为基础对SCR技术进行分析，并探讨SCR烟气脱硝技术的具体应用。
        关键词：SCR；烟气脱硝；脱硝技术；锅炉脱硝
        引言
        燃煤机组烟气超低排放改造在全国范围内迅速推广开来，SCR脱硝效率由80%左右直接提高至90%左右。针对SCR提效通常采用新增备用层催化剂和流场校核优化实现，但由于排放标准的降低，运行调整裕度进一步缩小，难度进一步加大。由于SCR反应器出口NOx浓度分布极其不均导致的盲目调整和由于SCR反应器氨逃逸超标导致的空预器堵塞等一系列问题愈发严重。对现有脱硝装置进行优化调整以充分挖掘系统潜力成为各燃煤电厂关注的焦点。
        1SCR技术概述
        选择性催化还原烟气脱硝技术（简称SCR技术）于20世纪70年代率先在日本运用。20世纪90年代，我国引进的SCR脱硝技术，具有结构简单、脱硝效率高、运行可靠、便于维护等优点。但是随着氮氧化物排放要求的日益增加，机组运行的工况复杂变化，单一的SCR脱硝技术已经完全不能满足工业发展的要求。据发改能源[2014]2093号文件《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》中明确指出：重点推进现役燃煤发电机组大气污染物达标排放环保改造，燃煤发电机组必须安装高效脱硫、脱硝和除尘设施，未达标排放的要加快实施环保设施改造升级，确保满足最低技术出力以上全负荷、全时段稳定达标排放要求。SCR混合脱硝技术已经成为当下研究的热点。
        2SCR系统的组成
        SCR系统主要是由省煤器旁路、氨与空气的混合系统、检测控制系统、氨的储存系统、SCR旁路系统、反应器系统和氨气的喷入系统等七大系统组成。首先，氨是由槽车经卸料压缩机输送储存于液氨储槽。然后经过蒸发槽蒸发后变为氨气。氨气经过缓冲后通过输送管道送入到混合系统，接着与空气充分混合均匀然后再被喷进入到SCR反应器的内部对烟气进行脱硝。SCR系统工艺简图如图1所示。在上面讲到的选择性催化还原法的七大系统中反应系统是其工艺的主要系统，其中催化剂又是反应系统的核心，所以说催化剂是整个工艺的重中之重。对催化剂的使用有如下要求：第一，反应处于低温段的时候要求催化剂在较大的温度范围中都有很高的活性（高活性）；第二，使发生的副反应较少（高选择性）；第三，不会与卤族酸、碱金属、二氧化硫还有重金属等发生反应（抗中毒）；第四，对温度的波动具有稳定性（有稳定的工作温度范围）；第五，对烟气的阻力较小；第六，经济性高，寿命较长。
        最初的催化剂是粒状的，但这样的形状很容易造成烟道堵塞，使得烟气所受阻力增大，经过研究改进后的催化剂的形状为蜂窝型和平板型。根据催化剂格子的间距由烟气中粉末的浓度来决定，解决了烟道被粉末堵塞使得烟道所受压力过大的问题。能对催化剂性能优劣产生影响的因素十分的多，且关系较为复杂，例如：氨的注入量、催化剂量、反应温度。当反应时的温度不在催化剂的活性温度范围内时，催化剂活性不足导致脱硝效率将大打折扣。特别当温度大大超出催化剂的合适温度时，因为温度过高使得其表面被灼烧，直接导致催化剂的使用期限。但是，伴随着人们对要求环保的呼声越来越高，脱硝设备的使用领域也被要求逐渐增大，因此也要求催化剂对温度的适应区域必须增大。例如低温型催化剂，要求可用于工作温度为200℃左右的垃圾焚化炉。还有能在高温范围内工作的催化剂，例如要求可用于工作温度高达550℃的单循环汽轮机的催化剂。催化剂中各组的成分比的相互组合最终决定了催化剂是否具有高活性。只要对各活性组成部分的配比进行恰当的调整，就能够制造出适用于各种工作温度范围并且能保持较高活性的催化剂。

        图1SCR脱硝反应示意图
        3SCR烟气脱硝技术应用策略
        3.1SNCR联合SCR技术
        选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）是一种不用催化剂，在850～1100℃还原NOx的方法。该方法是把含有NHX基的还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃的区域后，迅速热分解成NH3和其他副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2。SNCR系统结构简单，但脱硝效率较低，一般在30%～50%。这样的脱硝效率一般不能满足工业生产的要求。因此在实际工业中，SNCR通常与SCR联用，脱硝效率一般可达95%以上。在我国已投运的燃煤烟气脱硝机组中，SNCR+SCR也占有一定的比例。通过对对1台410t/h的燃煤锅炉进行SCR+SNCR联合脱硝系统技术应用，成功地将NOx排放进一步控制在200mg/m³以下，氨逃逸不超过10ppm。该工艺流程中，还原剂通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统雾化后喷入锅炉炉膛，在高温下与锅炉燃烧产生的NOx发生非催化还原反应，生成N2和H2O。实现初步脱氮；在锅炉高温下产生的逃逸氨与锅炉烟气混合，进入下一个反应区———SCR反应器，在催化剂的作用下，氨气和NOx进行还原反应，生成N2和H2O。
        3.2合理选择SCR脱硝催化剂
        第一，贵金属催化剂。贵金属催化剂主要是指以贵金属如Pt，Pd，Rh，Au等作为主要活性成分的催化剂，其中以Pt和Pd最多，其对NOX的选择性催化还原具有很高的活性。第二，金属氧化物催化剂。金属氧化物催化剂是目前SCR应用最广的催化剂，商业上用的主要是V2O5/TiO2催化剂，被制成波纹板、平板、蜂窝状广泛用于火电、水泥、冶金行业的烟气脱硝。V2O5/TiO2催化剂反应温度为300～400℃，位于省煤器与空气预热器之间，该区间由于烟气成分的不稳定，易受SO2、H2O、粉尘的影响而中毒失活，所以需加入WO3，MoO3等活性物质进行进一步改性V2O5/TiO2催化剂，提高其稳定性。第三3分子筛催化剂。分子筛最早用于催化裂化、加氢裂化、歧化、芳香烃烷基化和甲醇制汽油等领域中。自1986年I-wamoto等]发现NO可在Cu/ZSM-5上分解后，分子筛催化剂渐渐进入脱硝领域的研究。常见的分子筛有γ-沸石、ZSM系列、MFI和丝光沸石（MOR）等，其中ZSM-5载体使用广泛，这是由于ZSM-5沸石晶体结构稳定，耐酸与耐热性能较好。将过渡金属与分子筛相结合，制备出的催化剂具有很高脱硝性能。分子筛用于烟气脱硝热稳定与N2选择性能较好，且易于再生与回收，非常具有发展前景。但仍然存在分子筛本身活性低、负载型分子筛分散性差的缺点，需进一步深入研究。
        3.3SCR系统布置
        进入反应器的烟气与氨的混合流体的流动状况会直接影响到工程的效率。不完美的流场将会直接使脱硝的效率大大的降低，而且会使系统的阻力变大、催化剂被堵塞等一系列问题，从而降低了工程运行的经济性。所以，反应器是否有合理的设计和分布对SCR系统来说是十分重要的。因为整个脱硝过程是在反应器上进行的，所以反应器如何设计与布置会直接对整个工程的投资及运行成本产生影响。反应器作为整个SCR设备的重中之重，所以整个设备的投资主要就是反应器的投资。目前，较为普遍的方法是将催化剂放在独立的反应内，然后让烟气通过反应器，并在其中完成整个脱硝过程。此类反应器其优点是可以安放较多的催化剂，很大程度上增大了催化剂的使用寿命和脱硝效率。但是，独立的反应器占用了很大的空间，增大了对烟气的阻力，所以必须增大风机的功率，增大了能源的消耗。根据SCR反应器的布置位置的不同，可分：为低温低尘、高温高尘与高温低尘三种。
        结语
        综上所述，当前火力机组脱硝系统中广泛采用SCR脱硝技术，SNCR联合SCR脱硝技术是当今世界上公认的成熟技术，在建设过程中可以分步建设，具有投资和运行费用省，安全高效，其中脱硝率可达80%以上的优点，为解决我国如何进一步降低空气中氮氧化物排放量提出了良好的解决措施。
        参考文献：
        [1]李丽，盘恩伟，赵宁，等.燃煤电厂SCR脱硝催化剂评价与再生[M].北京.中国电力出版社，2015.
        [2]陈欢哲，何海霞，等.燃煤烟气脱硝技术研究进展[J].应用化工，2019，48（5）1147-1155.
        [3]张蕾.烟气脱硫脱硝技术及催化剂的研究进展[M].江苏：中国矿业大学出版社，2016.