選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction,以下簡稱為SCR)技術是目前降低NOx排放量效率較高,且是國內外應用成熟的技術,脫硝率可達80%以上。
一、SCR脫硝反應
SCR工藝主要分為氨法SCR和尿素法SCR兩種。此兩種方法都是利用氨氣(NH3)作為還原介質,其基本原理是氨氣和稀釋空氣混合后,通過噴氨格柵噴入SCR反應器上游的煙道中,與原煙氣充分混合后,進入SCR反應器,在催化劑的作用下,氨氣選擇性地與煙氣中的NOx(主要是NO、NO2)發生化學反應,生成無害的氮氣(N2)和水(H2O)。主要反應化學方程式為:
4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3→ 7N2 + 12H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
尿素法SCR,則是先將尿素轉化為氨之后,再發生以上反應,尿素分解主要化學反應方程式為:NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2。
二、SCR脫硝系統組成及反應器布置
SCR脫硝系統主要由SCR催化反應器、氨氣注入系統、煙氣旁路系統、氨的儲存和制備系統、脫硝檢測控制系統等組成。
SCR反應器在鍋爐煙道中一般有三種不同的安裝位置,即熱段/高灰布置、熱段/低灰和冷段布置。目前國內外一般采用熱段/高灰布置方式,因為SCR反應理想溫度區間為350~450℃,對于一般燃油或燃煤鍋爐,其SCR反應器多選擇安裝于鍋爐省煤器與空氣預熱器之間的高溫煙道,在該位置,煙氣溫度能夠達到反應的適宜溫度。
鍋爐省煤器出口的煙氣與氨氣充分混合后進入一個垂直布置的SCR反應器里,煙氣經過均流器后進入催化劑層,催化劑單元通常垂直布置,煙氣自上向下流動,進行催化劑反應,脫去NOX。反應后的煙氣進入空氣預熱器、除塵器、引風機和脫硫裝置后,排入煙囪。
脫硝控制系統的自動監測與控制采用PLC系統,實現對脫硝系統的順序自動啟停,運行參數自動檢測和儲存,并對關鍵參數實行自動調節,使脫硝系統實現自動控制。
操作人員通過鍵盤、鼠標就能完成整個脫硝系統的啟停操作,可實現遠控、遠方手動、就地操作切換,能在控制室監控脫硝設備運行狀態、數據記錄、實時趨勢等一般的監控要求,及故障報警、故障處理等功能,保證了系統的可靠運行。
氨制備區配置的儀表、控制裝置、電氣設備等符合我國相關的規定,選用防爆型。
檢測儀表精度選擇,主要參數不低于0.5級,一般參數不低于1.5級;變送器精度為0.075級,分析儀表不低于ppb級。
脫硝裝置進、出口NOx濃度檢測采用多通道采樣檢測儀表。
催化劑作為SCR脫硝反應的核心,其質量和性能直接關系到脫硝效率的高低,所以在脫硝工程中,除了反應器及煙道的設計不容忽視外,催化劑的參數設計同樣至關重要。
針對大型脫硝工程來說,脫硝催化劑都是為項目量身定制的,即依據頂目煙氣成分、特性,效率以及客戶要求來定的。一般中小型脫硝工程催化劑無需定制,可有效降低投資和運行成本。催化劑的性能(包括活性、選擇性、穩定性和再生性)無法直接量化,而是綜合體現在一些參數上,主要有:活性溫度、幾何特性參數、機械強度參數、化學成分含量、工藝性能指標等。
催化劑的形式有:波紋板式,蜂窩式,板式。
五、SCR技術優缺點:
1、脫硝效率高,一般可達80%以上,理想工況下可大于90%。
2、工藝設備緊湊,運行可靠。
3、還原后的氮氣放空,無二次污染。
4、煙氣成分復雜,某些污染物可使催化劑中毒,降低脫硝效率。
5、煙氣中的粉塵微?筛采w催化劑的表面,使其活性下降。
6、系統中存在一些未反應的NH3和煙氣中的SO2作用,生成易腐蝕和堵塞設備的硫酸氫銨(NH4)HSO4或硫酸銨(NH4)2SO4。
7、投資和運行費用較高。