图为一个典型的SNCR工艺流程图,它由还原储槽、多层还原剂喷入装置和与之相匹配的控制仪表等组成。
SNCR系统烟气脱硝过程是由下面4个基本过程完成:接收和储存还原剂;还原剂的计量输出、与水混合稀释;在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂;还原剂与烟气混合进行脱硝反应。
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SCR脱硝过程副反应
时间:2013-03-18 20:46来源:环保网
有3类不希望发生的副反应影响SCR 系统的性能和运行, 包括氨的氧化、二氧化硫氧化及铵盐(硫酸氢铵和硫酸铵)的形成。
氨的氧化将一部分氨转化为其他氮化合物。不希望发生氨的氧化, 有以下几个方面原因: 首
先, 为达到给定的N Ox 脱除率, 需要的氨供给率将增加,需要添加额外的还原剂以替换被氧化的氨; 第二, 氨的氧化减少了催化剂内表面吸附的氨, 影响N Ox 脱除, 导致催化剂体积不足; 此外, 由于氨不是被氧化就是与N Ox 反应或者作为氨逃逸从反应器中排出,因此氨的氧化使SCR工艺过程的物料平衡变得复杂。因此, SCR烟气脱硝系统需要安装氨逃逸的测量仪器。影响氨氧化反应的因素有: 催化剂成分、烟气组分、氨的浓度、反应器温度等。 一般认为在钒作催化剂时, 当温度超过400℃时, 氨的氧化对脱硝过程才有显著影响。 由于SCR催化剂的氧化特性, 在燃用含硫煤的锅炉中也会将SO2 氧化为SO3。SO2 氧化率受SO2浓度、反应器温度、催化剂质量、催化剂的结构设计及配方的影响。SO3 的产生率正比于烟气中SO2 的浓度。增加反应温度也会加快SO2 的氧化, 当温度超过371℃时, 氧化率将迅速增加。SO2 氧化率也与反应器中催化剂的体积成正比。为获得高的N Ox 脱除效率和低的氨逃逸而设计的反应器SO3 的产生率也会更高。
催化剂设计及配方技术(包括控制微孔尺寸、催化剂壁厚和采用化学氧化抑制剂)能被用来针对特定的应用条件改变SO2 氧化特性。例如: SO2 氧化遍及催化剂活性组分内, 而N Ox 还原发生在靠近催化剂表面处, 因此, 采用薄壁或非催化性基体的催化剂将产生较少的SO3。
但是, 即使采用催化剂的优化设计, 也不可能完全消除SO2 氧化, 烟气中总会有一小部分SO2 被氧化为SO3。
SO3 与催化剂组分及烟气组分反应, 形成固体颗粒, 沉积在催化剂表面或内部, 缩短催化剂的寿命。同时SCR反应器产生的SO3 增加了烟气中SO3的浓度。 约在320℃以下, SO3 和逃逸的氨反应, 形成硫酸氢铵和硫酸铵: N H3+SO3+H2O----- N H4H SO4 2N H3+SO3+H2O----- (N H4)2SO4
这些物质从烟气中凝结并沉积, 可以使催化剂失活, 造成SCR系统的下游设备沾污和腐蚀, 增加空气预热器的压降并降低其传热性能, 使飞灰及脱硫装置副产物不适合于特定的用途。若要降低上述影响, 必须将氨逃逸维持在低水平, 控制燃用含硫燃料的锅炉SCR装置的SO2 氧化率。铵盐沉积开始的温度是氨和SO3浓度的函数。为了避免催化剂沾污,在满负荷条件下, SCR 系统运行温度应该维持在320℃以上。
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SCR脱硝反应过程
时间:2013-03-18 20:39来源:环保网
SCR系统是通过在催化剂上游的烟气中喷入氨或其他合适的还原剂, 利用催化剂将烟气中的N Ox 转化为氮气和水。在通常的设计中, 使用液态无水氨或氨的水溶液。无论以何种形式使用, 首先使氨蒸发, 然后与稀释空气或烟气混合, 最后通过分配格栅喷入到SCR反应器上游的烟气中。
在SCR反应器内,N O通过以下反应被还原: 4N O+ 4N H3+O2 4N2+ 6H2O
6N O+ 4N H3 5N2+ 6H2O
当烟气中有氧气时, 反应第一式优先进行, 因此, 氨消耗量与N O还原量有一对一的关系。 在锅炉的烟气中,N O2 一般约占总的N Ox 体积分数的5% ,N O2 参与的反应如下: 2N O2+ 4N H3+O2 3N2+ 6H2O 6N O2+ 8N H3 7N2+ 12H2O
上面2个反应表明还原N O2 比还原N O需要更多的氨。
在绝大多数锅炉的烟气中,N O2 体积分数仅占N Ox 总量的一小部分, 因此N O2 的影响并不显著。
还原剂供给系统氨的流量与SCR 反应器入口烟气中的N Ox 流量的摩尔比为化学计量比, 比例通常为0. 8～1. 2。
SCR系统N Ox 脱除效率通常很高, 添加到烟气中的氨几乎完全和N Ox 反应。然而, 有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说, 对于新的催化剂, 氨逃逸很低, 根据煤的含硫量决定。
但是, 随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖、堵塞,氨逃逸就会增加。为了维持需要的N Ox 脱除率, 就必须增加反应器中N H3 与N Ox 的摩尔比。当不能保证预先设定的N Ox 脱除率和(或)氨逃逸的性能标准时, 就必须向反应器添加新的催化剂以恢复反应器性能。
SCR系统组成
时间:2013-03-20 20:37来源:环保网
典型的scR系统结构包括尿素水溶液储存、传输、喷射系统，压缩空气系统以及控制系统。
ScR系统主要部分及功能如下：
尿素箱：尿素水溶液的储存容器。因为尿素水溶液具有一定的腐蚀性，因此其储存和传输设备应该选用特殊的材料或者进行防腐蚀处理，来防止或减缓腐蚀。
尿素泵：尿素泵是尿素水溶液传输的动力装置，它将尿素水溶液输送到计量设备中，并且维持一定的压力备用。
压缩空气系统：尿素的喷射分为压缩空气辅助喷射和无压缩空气辅助喷射两种方式。目前应用较多的是利用压缩空气辅助喷射，采用这种方式就需要用压缩空气系统。其优点是雾化效果好，但是由于实用压缩空气系统导致系统复杂，成本高，而且输送管路中尿素水溶液中的水分蒸发会使尿素晶体析出，堵塞喷嘴；若不使用压缩空气辅助喷射，虽然可以使系统简单，但是雾化效果不好，影响ScR反应的程度，使NOx转化率下降，NH。泄露量大，因此应用不多，尚在研究之中。
尿素喷嘴：尿素喷嘴安装在排气管上，将计量设备送来的尿素与压缩空气的混合物顺流喷射进入排气管中，并且尽量使喷出的尿素水溶液均匀雾化，尿素水溶液的雾化程度，与尾气混合的均匀程度对scR反应的程度有极大的影响。尿素水溶液的雾化对喷嘴的型式，数目等都有一定要求，此外，对喷嘴的安装位置也有一定的要求，研究发现喷嘴到催化消声器的入口至少300mm，距离越大混合的效果越好嘲。
催化转化器：Nox还原反应发生的场所，一般采用蜂窝状的内部结构，为了提高SCR反应的程度要获得尽量大的内表面积，同时也要尽量减小转化器造成的排气背压升高。ScR催化剂附着在催化转化器的内表面，工作时吸附在表面上的NH。与NQ在催化剂作用下发生反应。
氮氧化物控制技术原理
时间:2013-03-20 20:49来源:环保网
氮氧化物控制技术的研究主要集中在以燃烧设备为主的固定源排放和以机动车为主的移动源排放。固定源燃烧过程控制主要是通过新型燃烧器的设计而实现，但采用各种低NOx燃烧技术最多仅能降低NOx排放50%左右，可见，尾部烟气脱硝(氮)技术是减少固定源NOx排放的关键。
烟气脱硝技术是指通过各种物理和化学过程等使烟气中的NOx还原分解为氮气(从)和其他物质，或者以清除含N物质的方式去除NOx的各种技术措施。按反应体系的状态，烟气脱硝技术可大致分为干法和湿法两类。目前，干法烟气脱硝技术主要包括选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、电子束法(EB)、脉冲电晕低温等离子体法(PCIPCP),SNRB联合控制工艺、SNOx工艺和固体吸收再生法等。日本早在1974年就已经开始将SCR应用于大型电站锅炉上。与湿法工艺相比，干法脱硝工艺系统较为简单、占地面积较小、不产生或很少产生有害副产物，也不需要烟气加热系统，因此，绝大部分电站锅炉采用干法烟气脱硝技术。SCR技术利用NH3做还原剂，在300一400 `C温度范围和一定的催化剂(铁、钒、铬、铜、钻或钥等金属氧化物)作用下，使烟气中的NOx还原
为无害的N2和践O。同时也会有多个副反应发生。
主、副反应发生的趋势与催化剂和其相适宜的温度密切相关。在选定所用催化剂后，要获得高的NOx转换率，控制反应温度尤为关键。用NH3作还原剂时，选择性催化还原NOx的适宜温度通常为570--720 K。当保持NH3 /NOx的摩尔比为0.85--1.0之间的喷射速率时，SCR系统的NOx理论脱除率可高达85 % - 95 % o SCR系统主要由催化反应器、催化剂和NH3储存及喷射系统等组成。
目前，SCR技术在国内外得到了广泛应用，是西欧和日本采用最多的烟气脱硝技术。到1985年初，日本已有160套选择性催化还原系统在运行，德国和日本均有30 000 MW以上电站锅炉采用SCR系统控制NOx排放;后石电厂600 MW机组配备的SCR装置是我国第1套电站锅炉烟气脱硝装置。电站锅炉尾部烟气处理的SCR系统有三种布置方式:催化转化器位于锅炉尾部省煤器与空气预热器之间的高粉尘布置;催化转化器位于省煤器后热端电除尘器与空气预热器之间的低粉尘布置;催化转换器位于电除尘器(ESP)、烟气脱硫系统(FGD)与气一气换热器之后的末端布置。高粉尘布置方案SCR的烟气温.度在300-400℃的范围内，适于大多数催化剂的反应温度，因而应用最为广泛。但由于烟气条件恶劣，易使催化剂中毒，影响催化剂使用寿命。SCR低粉尘布置方案可以防止烟气中飞灰对催化剂的污染和将反应器磨损与堵塞，但该方案的最大问题是常规静电除尘器无法在300一400℃的温度下正常运行，因此，很少被采用。
SCR末端布置方案下，催化剂将在无尘和无义沁污染的“洁净”烟气条件下工作，避免了飞灰对反应器的堵塞和腐蚀问题，有效防止了催化剂的污染和中毒问题，因此，可以采用高活性的催化剂，并使反应器布置紧凑，以减少反应器的体积。末端布置方案的主要问题在于催化反应器在湿式FGD系统之后，烟气温度仅为50一60℃，需要在烟道内加装燃油或燃天然气的燃烧器，或蒸汽加热的换热器以加热烟气，从而增加了能源消耗和运行费用。
NOx形成机理
时间:2013-03-20 20:53来源:环保网
煤燃烧过程所排放出的NOx一般是指NO和N02，其中90％以上是NO，在火焰带的下游或排放后一部分NO转化为N02。按生成的基础理论，NOx可分为热力型NOx和燃料型NOx两大类，其中热力型NOx又分为捷里德维奇(Zeldovich)NOx和快速型NOx。
1、热力型NOx
热力型NOx是燃烧空气中的氮氧化而成，按照其形成机理的不同分为捷里德维奇NOx和快速型NOx。 1）捷里德维奇NOx
捷里德维奇NOx主要产生于温度高于1800K的高温区，其反应机理如下：