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脱硝技术基础原理篇

文章出处:本站    人气:2111    发表时间:2019-06-04 15:10:32

为减少环境污染,各地相继出台污染物排放控制标准,尤其是NOx排放标准愈加严格,因此各个行业脱硝势在必行。基于此,本文对硝技术相关内容进行了介绍,由于内容较多,此次仅对础原理篇部分内容做简要介绍。

基础原理篇

1. SCR烟气脱硝技术定义

答:选择性催化还原技术(SelectiveCatalyticReduction,简称SCR)是向催化剂上游的烟气中喷入氨尿素等还原剂,在温度为180-450通过催化剂(根据烟气温度合理选择催化剂类型)使烟气中的NOx催化还原为无二次污染的N2H2O。由于NH3具有选择性,在以上温度范围内只与NOx发生反应,基本不与O2反应,故称为选择性催化还原脱硝技术。

4NH3+4NO+O24N2+6H2O

2NH3+NO+NO22N2+3H2O

2NO2+4NH3+O23N2+6H2O

2.SNCR烟气脱硝技术定义

答:选择性非催化还原技术(SelectiveNon-CatalyticReduction,简称SNCR)是用NH3、尿素等还原剂直接喷入炉内与NOx进行反应,不用催化剂,因此必须在高温区加入还原剂。

还原剂(尿素/氨水)能够在炉膛温度为850~1100℃区域迅速NOx催化还原为N2H2O该方法是以炉膛为反应器,在炉膛850~1100这一狭窄的温度范围内无催化剂作用下,NH3或尿素等氨基还原剂还原烟气中的NOx其主要反应为:

NH3为还原剂:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

尿素为还原剂:NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+H2O

当温度高于1100时,NH3则会被氧化为NO,即:4NH3+5O2→4NO+6H2O

SNCR烟气脱硝技术反应温度较高,且脱硝效率低,一般为25%~50%并且受锅炉结构尺寸影响很大,多用作低氮燃烧技术的补充处理手段。

3.SCR脱硝催化技术的优缺点

答: SCR脱硝催化技术是国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。目前,市场上以高温SCR脱硝催化剂(300-400℃)和中低温SCR脱硝催化剂(180-300℃)为主。并且随着国家排放政策愈加收紧,中低温SCR脱硝催化剂在非电领域脱硝中占比越来越大。

其优点如下

1)因使用了催化剂,脱硝反应温度大幅降低(催化剂类型不同,反应温度也有所差异,因此可根据烟气出口温度合理选择催化剂种类)。

2)脱除效率高,可高达90%以上

3工艺设备紧凑,运行可靠

4)反应产物可直接排放,无二次污染。

但是SCR脱硝催化技术也存在一些不足

1烟气成分复杂,某些污染物(重金属、碱金属等物质)可使催化剂出现永久性中毒、失活;

2粉尘微粒(尤其是一些非电行业如玻璃、造纸等行业粉尘粘性较大)会覆盖催化剂表面活性位,难以清除,致其活性下降

3系统中存在一些未反应的NH3和烟气中的SO2作用,生成(NH4)2SO4NH4HSO4(统称为ABS),该物质易腐蚀设备,覆盖催化剂表面使其中毒失活,同时还会降低氨的利用率,增加氨逃逸。高温催化剂因反应温度较高,达到ABS的分解温度,可极大减少该物质的生成;而中低温脱硝催化剂因反应温度较低,在NH3SO2作用下极易生成ABS

4.SCR脱硝催化剂种类的选择

答:SCR脱硝技术中催化剂是核心,对催化剂的要求是活性高、寿命长、经济性好不产生二次污染。以NH3为还原剂还原NOx时,虽然过程容易进行,但烟气中的复杂成分,如粉尘、碱金属、重金属、SO2H2O等均会对催化剂产生影响,不利于脱硝反应的进行。

市场上使用较多的是高温SCR脱硝催化剂,即反应温度为300-400℃。此种催化剂反应温度高,在电厂中使用较多。近几年,为减少环境污染,政府开始严格要求非电行业的NOx排放量,并制定了不同行业的排放标准。基于非电行业排烟温度较低,低于300℃,甚至低于200℃(如垃圾焚烧、焦化、烧结机、水泥等),如果使用中高温催化剂,极易增加企业能耗和运行成本;并且非电行业烟气成分较电力行业烟气成分成分更为复杂,条件较苛刻,难以直接使用中高温催化剂。

近几年市场上开始出现低温SCR脱硝催化剂,主要应用于排烟温度较低的非电力领域,该催化剂反应温度较低,180-300℃即可达到90%以上脱除效率。

北京方信立华科技有限公司是国内较早研发、生产和销售低温SCR脱硝催化剂的高新技术企业,将治理温区从300-400℃拓宽至160-400℃,并且可针对不同行业、不同温度段、不同烟气参数组分调整个性化的配方和工艺,以实现低温脱硝超低排放,并且已被广泛应用到焦化、烧结、垃圾焚烧、造纸等十几大非电力领域行业。

“方信”牌低温SCR脱下催化剂具有以下几个方面技术优势:

1)技术研发较早,技术水平国内领先

该技术依托京工业大学环境与能源工程学院何洪和李坚两位教授的自主发明专利,研发和实际应用达10年以上,该技术通过表面修饰和体相掺杂等方式对催化剂的表面酸碱性以及氧化还原性等进行调整和匹配,以提升其低温催化性能(160-400℃),效率可达90%以上,大大降低脱硝反应所需温度节省能耗

2)投运及在建业绩达百余套,经得起各种烟气条件的考验

该低温脱硝催化技术自投入市场以来,已成功应用于烧结、焦化、垃圾焚烧、水泥、耐火材料、玻璃等烟气条件复杂多变的十几大行业,具有国内研发早、脱硝效率高、抗硫性能强、低温活性高等特点。如宝钢湛江钢铁有限公司焦炉烟气脱硝项目,该项目长期运行温度190℃,已连续运行并达标排放满3年,寿命期满后,我公司又成功中标备用层催化剂标;唐山瑞丰钢铁烧结烟气脱硝项目——7套脱硝装置运行温度180-200℃;在垃圾焚烧行业成功替换国外进口催化剂的企业,打破了该领域低温脱硝催化剂依赖进口的局面。

脱硝技术

3)优异的抗硫抗水抗碱金属中毒特性

我司研发团队模拟烟气条件,验证催化剂抗硫特性。在230℃,SO23000mg/Nm3NO1000mg/Nm3,空速为6000h-1条件下,经过长达160h实验后并经过模拟外推,得出催化剂脱硝效率从96%降至80%需要近2个月。

脱硝技术

4)技术获得业界多方认可

2016年获得北京市新技术新产品证书,2017年获得北京市科学技术奖-二等奖,2018年获得冶金行业-节能环保贡献奖,2019年技术被中国环境科学学会鉴定为“技术达到国际先进水平”等,多项荣誉资质证明了该项技术在社会上的广泛认可;2016年山东铁雄新沙项目检测报告、2017年徐州腾达焦化项目检测报告、2018年宝钢湛江焦炉烟气脱硝项目等多个具有第三方检测资质的脱硝项目检测报告验证、肯定了技术产品的性能。

5.如何保证SCR系统NOx脱除效率

答:SCR系统NOx脱除效率通常很高,喷入到烟气中的氨几乎完全和NOx反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般情况下,新的催化剂,因活性位未被覆盖、破坏,氨逃逸较低。但是,运行一段时间后,催化剂表面会被飞灰或其他金属类物质覆盖/堵塞而中毒失去活性,此时氨逃逸增加为了保证NOx脱除率,就必须增加反应器中NH3/NOx摩尔比。当不能保证预先设定的脱硝效率和()氨逃逸量的性能标准时,就必须添加或更换新的催化剂以恢复活性和性能。

6.SCR脱硝过程中铵盐(NH4HSO4(NH4)2SO4)形成机理

答:约在320以下,SO3和逃逸的氨反应,形成NH4HSO4(NH4)2SO4

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

这些物质从烟气中凝结并沉积,覆盖在催化剂表面使其失活;并且还会造成SCR系统的下游设备沾污和腐蚀,增加设备运行阻力并降低其传热性能。

近几年投入市场的“方信”牌低温SCR脱硝催化剂已经具有优异的抗硫中毒能力,可大大减少NH4HSO4(NH4)2SO4等物质的生成,但是长时间连续运行,仍会有一定富集,我司脱硝催化技术可实现单仓解析再生,可在不影响系统正常运行情况下快速恢复催化剂活性,并且具有在线检修和更换催化剂功能。

7.影响SCR脱硝性能的因素有哪些?

答:影响SCR脱硝性能的几个关键因素有:反应温度、烟气成分、催化剂配方和类型(如中高温催化剂配方、低温催化剂配方)、烟气速度、表面积以及烟气/氨气的混合效果。

8.脱硝装置中影响催化剂寿命的因素

答:1)在非电力行业,烟气温度过低,氨分子与SO3H2O反应生成NH4HSO4(NH4)2SO4,这是种有黏性的物质,会附着在催化剂表面,易引起污染积灰进而堵塞催化剂的通道和微孔,难以通过清灰处理,“方信”牌低温SCR脱硝催化剂在失活情况下可升温至350℃进行分解再生48h左右而不影响催化剂性能。

2烟气携带的飞灰中含有NaKCaSiAs碱金属砷、铜、汞等重金属会使催化剂“中毒”或受污染,降低催化剂的脱硝性能。该种物质对催化剂的损伤是不可逆的,无法通过再生恢复其活性。

3飞灰沉积会对催化剂反应器磨损并堵塞催化剂孔道

4烟气温度过高会使催化剂烧结或失效。(高温催化剂使用温度420℃,低温催化剂建议使用温度≤350℃)





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