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SCR脱硝

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内蒙古SCR脱硝工艺流程

1、选择性催化还原法(SCR)概述

SCR是选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction)的简称,指在一定的温度和催化剂作用下,以液氨、氨水或尿素作为还原剂,有选择性地与烟气中的氮氧化物(NOx)反应,并生成无毒无污染的氮气和水。

2、还原剂的选择

脱硝还原剂有三种:液氨、氨水及尿素。

SNCR+SCR脱硝系统还原剂类型比较

还原剂类型

优点

缺点

液氨

1、反应剂成本低;

2、投资较小;

3、储存体积小。

氨站设计、运行、管理应考虑安全问题

氨水

1、较液氨安全

2、反应剂成本较低;

3、投资小;

4、储存体积小。

基本无缺点;

尿素

1、较液氨安全

1、反应剂成本高;

2、更高的储存设备成本;

3、投资较大。

综上所述,从建设成本、运行费用和运行安全等方面综合考虑,氨水相对更具优越性,且目前SNCR+SCR装置已普遍使用氨水作还原剂,运行效果较好;同时,氨水来源较多,市场上货源供应丰富,运输方便。因此本工程确定采用氨水作为还原剂。

3、催化剂的选择

催化反应器中装填的催化剂是SCR工艺的核心,催化活性以V2O5较高,并加入WO3或MoO3作为助催化剂,在保持催化还原NOx活性的基础上尽可能减少对SO2的催化氧化。内蒙古催化剂生产厂家现有的催化剂结构形式主要有板式、蜂窝式和介于两者之间的波纹板式。

由于SCR反应器布置在除尘器之前,存在大量的烟尘,而波纹板式催化剂孔道存在死角,发生积灰的可能性大,且我国使用波纹板催化剂实际运行的脱硝工程项目不多。平板式催化剂具有烟气通道截面较蜂窝式大、烟气和灰尘的通过性好等优点,因而不易积灰堵塞,运行安全性较高。一般而言,当烟气中烟尘浓度在50g /Nm3以上时,宜选平板式。但是,当烟尘浓度小于50g/Nm3时,由于蜂窝式催化剂几何比表面积比板式大,同样的工程条件下,蜂窝式催化剂用量可比板式少约20~30%,即可减小反应器尺寸,减少占地空间,但两者催化剂总费用差不多;另外,蜂窝式催化剂的结构具备更强的抵抗各种毒物侵害的能力,使用寿命长,更具经济性。因本工程烟气的烟尘含量较低,故选蜂窝式催化剂。

4、SCR工艺原理

在催化剂作用下,向温度为350~450℃的烟气中喷入氨,将NOx还原成N2和H2O;化学反应方程式如下:

① 主反应:

4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O

SCR法烟气脱硝反应原理图如图4-1所示:

图4-1 SCR催化反应原理

② 可能的副反应(同时在催化剂的作用下):

SO2+1/2O2 → SO3

4NH3+5O2 → 4NO+6H2O

与其他技术相比,SCR法脱硝效率高,技术成熟,目前工程上应用非常广泛。

5、脱硝效率的影响因素 

(1)反应温度

反应温度在一定程度上决定着还原剂(氨)与烟气中NOx的反应速率,同时也影响催化剂的活性。一般来说,反应温度太低,催化剂的活性降低,脱硝效率下降,则达不到设计的脱硝效果,且催化剂在低温下持续运行,还将导致催化剂的长久性损坏;如果反应温度太高,NH3容易被氧化,会增加NOx的生成量,甚至引起部份催化剂材料高温熔结,导致催化剂的活性退化。

(2)烟气在反应器内的空间速度

空间速度是SCR的一个关键设计参数。它是标准温度和压力下的湿烟气在催化剂体积内滞留时间的尺度,是保障脱硝反应完全程度、关系SCR系统脱硝效率的一个重要指标。空间速度的设计取决于催化剂的体积与结构、烟气流速等因素。

(3)NH3/NOx摩尔比

理论上,脱除lmol的NOx需要1mol的NH3。根据化学反应平衡知识,NH3量不足会导致NOx的脱除效率降低,但在工程实践中,NH3过量又会带来NH3对环境的二次污染,实际SCR运行过程中,依据锅炉负荷变化及氨逃逸情况,实际NH3/NOx比值一般在0.6~1.0的范围内寻优控制。

6、系统组成及功能说明

烟气脱硝工艺系统主要由以下两部分系统组成:氨区、硝区。

6.1氨区

氨区即还原剂的储存、制备与供应系统。

本脱硝工程SCR工艺不再另外设计氨区,SCR工艺的氨来源就是SNCR的喷射氨。

6.2硝区

锅炉烟气与氨气高度混合后在催化剂的作用下,完成脱硝过程。SCR反应器为硝区的核心设备,是还原剂和烟气中的NOx发生催化还原反应的场所,通常由碳钢制塔体、烟气进出口、催化剂放置层、人孔门、导流叶片等组成。催化剂以单元模块形式叠放在若干层托架上,布置在反应器之中。本工程SCR反应器有2个催化剂层和1个附加催化剂备用层,即采用2+1层布置;在脱硝效率下降到要求值之前或者要求提高脱硝效率时,需要在附加层加装新催化剂。

SCR反应器如图2-2所示:

图 2-2  SCR反应器

(1)SCR反应器壳体的设计

在SCR反应器壳体的设计中,要考虑良好的NH3/NOx混合和速度的均布,以保证脱硝效率。反应器壳体通常采用标准的板箱式结构,辅以各种加强筋和支撑构件来满足防震、承载催化剂、密封、承受荷载和抵抗应力的要求,并且实现与外界的隔热。

(2)催化剂的设计

① 催化剂的互换性

各个供应商的规格尺寸是不同的,但是因为所有供应商的蜂窝式元件都是150×150mm,所以能调整这种尺寸差异。催化剂模块是在现场安装的一个基本单元,其组件如图4-3所示。

图4-3 催化剂模块

从刚开始注氨开始到更换或加装新的催化剂之前,保证脱硝装置出口烟气中的NOx含量≤400mg/Nm3,氨的逃逸率不高于3ppm,催化剂的化学寿命不低于24000小时。

② 废催化剂的处理方法 

通过有授权的废物处理公司,将废催化剂压碎并封装在混凝土里,然后放置在废品处理装置里。因废催化剂含有钢和一些其它元素(钛、钼、钒等),也可作为废铁回收来生产钢铁。

③ 吹灰器的设计

催化剂表面的积灰不仅降低了催化剂脱除烟气中NOx的效率,而且还增大了烟气通过催化剂的压降。设计使用声波吹灰器来清除SCR反应器催化剂表面的积灰,然后这些灰就随着烟气流出反应器。

吹灰系统按设定程序对反应器进行循环不断地吹灰。

7、控制系统

7.1 SCR烟气脱硝控制

利用NH3/NOx摩尔比来提供所需要的氨气流量,出口NOx浓度、烟气流量及氨逃逸量作为反馈信号,调节氨气流量,NH3/NOx摩尔比的决定是在现场测试操作期间来决定并记录在控制系统的程序上。SCR控制系统根据计算出的氨气流需求信号去定位控制阀,实现对脱硝的自动控制。通过在不同负荷下的对流量进行调整,找到较佳的喷射量。

7.2 氨供应控制系统

从烟气侧所获得的NOx讯号反馈,根据程序计算氨流量。从氨喷枪的喷入量控制氨流量,从而保持出口NOx的浓度值。以上操作应同时可自动或手动现场操作。


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