scr脫硝工藝系統主要包括煙氣系統、氨水儲存及供應系統、氨水直噴系統、SCR反應器、SCR催化劑、吹灰及控制系統等部分。氮氧化物(NOx)在催化劑的作用下,選擇性催化還原過程是通過添加氨(NH3)可以把NOx轉化為空氣中自然含有的氮氣(N2)和水,因為NH3可以“選擇性的”和NOx反應不是氧氣(O2)氧化,因此反應被稱為具有“選擇性”。主要方程式如下;
除上述反應外,條件變化時還可能發生以下副反應;
影響scr脫硝性能的主要因素
1、催化劑的活性
催化劑的活性是指催化劑的催化能力,是指某一特定催化劑對反應速率的影響程度。目前市場上主流催化劑有三種,分別為蜂窩式、平板式與波紋板式。催化劑是SCR技術的核心,scr脫硝廣泛應用的催化劑主要成分為V2O5/TiO2。
催化劑活性喪失的主要原因是SCR在實際操作過程中,由于煙氣中的某些成分導致催化劑中毒,催化劑燃燒導致煙氣溫度過高,催化劑因飛灰的影響而磨損。
2、催化劑中毒
催化劑的中毒主要為堿金屬(、)中毒。由于鈉等可溶性堿金屬鹽的堿性比NH3大,賤金屬鹽與催化劑活性成分反應,造成催化劑中毒,引起催化劑活性降低。對于堿性金屬中毒,由于堿性金屬在水溶性下具有很強的活性,它會完全滲透到催化劑材料中,因此可以有效避免水蒸氣在催化劑表面凝結。
3、飛灰引起催化劑中毒
催化劑的堵塞主要是由于銨鹽及飛灰的小顆粒沉積在催化劑小孔,阻礙NOX、NH3、O2到達催化劑活性表面,引起催化劑鈍化??梢酝ㄟ^調節氣流分布,選擇合理的催化劑間距和單元空間,并使進入SCR反應器煙氣的溫度維持在銨鹽沉積溫度之上,以防止催化劑堵塞。為保證催化劑通道暢通,采用脈沖吹灰。
4、催化劑的侵蝕、磨蝕
催化劑的侵蝕和磨損主要是由于催化劑表面飛灰的沖擊。磨蝕強度與氣流速度、飛灰特性、撞擊角度及催化劑本身特性有關。大多數催化劑研磨發生在催化劑邊緣,直接暴露于粉塵顆粒的影響下,以減少研磨措施:首先,使用耐腐蝕催化劑材料處理催化劑頂部,以提高催化劑邊緣的硬度;其次,利用計算流體動力流模型優化氣流分布;第三,在垂直催化劑床上安裝氣流調節裝置。
5、煙氣溫度
煙氣溫度既決定了催化還原反應的速度,也決定了催化劑的活性。催化劑的活性與煙氣溫度的關系如圖2所示。煙氣溫度為340℃~380℃之間時,V2O5活性高,即催化劑活性高。當煙氣溫度較低,不僅催化劑活性降低,而且噴入的還原劑NH3與S03反應生成硫酸銨,附著在催化劑表面;當煙氣溫度較高,噴入的還原劑NH3與02反應生成NOx抵消了脫硝效果。催化劑長期暴露于450℃在上述高溫環境中,催化劑活性部位的燒結會導致催化劑顆粒增大,表面積減小,催化劑活性降低。
煙氣溫度主要隨鍋爐負荷的變化而變化,因此爐負荷應盡可能穩定。在催化劑制作工藝上適量加入鎢進行退火處理,可以減少催化劑的燒結。
6、SO2/SO3轉化率
催化劑中的V2O5不僅是重要的活性成分,具有較高的脫硝效率,但同時也能促進SO2向S03轉化,SO2/S03轉化率與溫度的關系如圖3所示。煙氣溫度下降到232℃當水蒸氣存在時,下面,SO3會與噴入的NH硫酸銨產生硫酸銨,沉積在催化劑表面,導致催化劑堵塞。如果煙氣溫度降至110℃以下,S與水的反應完全生成H2SO4,煙氣中的H2SO蒸汽濃度是影響煙氣酸露點的決定性因素之一,即使其含量很小,煙氣酸露點也會急劇上升。當溫度降低到酸露點以下時,就會有硫酸液滴析出,造成空氣預熱器的冷端受熱面結露,腐蝕、堵灰。本工程SCR裝置中S0./SO,轉化率一般限制在1%以下。
7、NH3的逃逸
在SCR系統中,催化劑是分層布置的,而NH的泄漏是由于分布不均造成的。當SCR多余的反應器沒有參與反應NH與SO3體積濃度比超過2:1時,在水蒸氣的作用下產生體積濃度比NH4HSO4。NH4HSO4是一種附著力強、腐蝕性強的物質,吸附性強,造成堵塞。同時NH3過剩導致飛灰化學性質發生變化,飛灰質量惡化,再利用率降低,運行成本增加。本工程SCR裝置中,NHI的逃逸控制在5ppm以下。
為了使SCR脫硝效率高,氨逃逸量控制在低的水平。技術的關鍵是如何準確控制和調整SCR煙氣中反應器入口的速度分布NHx3/NOx摩爾比的分布。由于SCR反應器煙道的復雜性通常采用在煙道轉向處安裝導流板和擾流柱確保催化劑入口截面氣體速度的均勻性。
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