孫少波
摘要:超低排放中有一個(gè)重要的指標(biāo)就是氮氧化物,目前在電力行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的主要有三種方案分別是SCR、SNCR和SCRSNCR聯(lián)用。這三種方案都能達(dá)到較高的脫除效率,且各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì),本文將先分別介紹這三種方案的主要特點(diǎn)以及存在的一些問(wèn)題。其中將著重介紹應(yīng)用較廣的SCR技術(shù)存在的催化劑中毒問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:超低排放;脫硝;催化劑
1概述
國(guó)家2011年頒布《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,隨后又提出超低排放的技術(shù)。這種技術(shù)指的是,采用多種污染物高效協(xié)同脫除,使得火電廠燃煤鍋爐大氣污染物排放濃度完全符合燃?xì)鈾C(jī)組排放限值,即:煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度不超過(guò)10mgNm3、35mgNm3、50mgNm3。超低排放中有一個(gè)重要的指標(biāo)就是氮氧化物,目前在電力行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的主要有三種方案分別是SCR、SNCR和SCRSNCR聯(lián)用。這三種方案都能達(dá)到較高的脫除效率,且各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì),本文將先分別介紹這三種方案的主要特點(diǎn)以及存在的一些問(wèn)題。
2SNCR
2.1SNCR脫硝原理
SNCR全稱為選擇性非催化還原技術(shù),這種方法不使用催化劑,利用鍋爐爐膛的溫度,在850至1100℃的溫度范圍內(nèi)將氮氧化物NOx還原成為N2和H2O。使用NH3作為還原劑時(shí)反應(yīng)機(jī)理為:在溫度合適時(shí):4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O;但當(dāng)溫度不適合時(shí),就會(huì)發(fā)生副反應(yīng):4NH3+5O2=4NO+6H2O;而使用尿素為還原劑時(shí)反應(yīng)方程為:2NO+2CO(NH2)2+O2=4N2+2CO2+2H20。
2.2SNCR的工作流程
SNCR系統(tǒng)煙氣脫硝過(guò)程是由下面四個(gè)基本過(guò)程完成:
(1)接收和存儲(chǔ)還原劑;(2)還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋;(3)在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑;(4)還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。
2.3SNCR優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)
SNCR脫硝效率對(duì)大型燃煤機(jī)組可達(dá)25%~40%,對(duì)小型機(jī)組可達(dá)80%。由于該法受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響很大,多用作低氮燃燒技術(shù)的補(bǔ)充處理手段。其工程造價(jià)低、布置簡(jiǎn)易、占地面積小,適合老廠改造,新廠可以根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)配合使用。但在超低排放的要求下,使用SNCR不能使污染物排放達(dá)標(biāo),且逸氨問(wèn)題嚴(yán)重,因此SCR技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
3SCR
3.1SCR脫硝原理
SCR全稱為選擇性催化還原技術(shù),是目前應(yīng)用廣泛、可靠性高的脫硝技術(shù)。SCR與SNCR的反應(yīng)原理基本相同,但SCR相較于SNCR增加了催化劑,可以大大提高反應(yīng)速率和效率,因此催化劑的研制是SCR技術(shù)的核心,也一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn),金屬氧化物催化劑、分子篩形催化劑和碳基催化劑是現(xiàn)階段研究的三個(gè)方向。[1]其中V2O5-WO3TiO2型金屬氧化催化劑在現(xiàn)役燃煤電廠中廣泛地商業(yè)化使用,并且運(yùn)行情況穩(wěn)定。[2]現(xiàn)在SCR的反應(yīng)機(jī)理的研究,尤其是V系催化劑,已經(jīng)較為成熟,并且有兩種廣泛接受的觀點(diǎn):一種認(rèn)為反應(yīng)遵循Eley-Rideal機(jī)理,即吸附態(tài)的NH3與氣相NO反應(yīng);另一種認(rèn)為遵循Langumir-Hinshelwood機(jī)理,即NH3和NO吸附在相鄰活性點(diǎn)位上,并發(fā)生反應(yīng)。毛劍宏[3]總結(jié)的前人對(duì)VWTi研究,認(rèn)為不同學(xué)者提出了不同的反應(yīng)機(jī)理,這些機(jī)理的反應(yīng)物種、中間產(chǎn)物及活性位不同,但以下觀點(diǎn)是共通的:
E-R模型即NH3吸附更被學(xué)者廣泛接受;吸附發(fā)生在酸性活性中心;活性中心的催化劑發(fā)生氧化還原反應(yīng);活性中心是V,不同的模型區(qū)別于V活性位數(shù)目。
3.2SCR存在的問(wèn)題
因?yàn)镾CR的高效的脫硝能力,幾乎90%的機(jī)組都是利用此技術(shù)達(dá)到超低排放脫硝要求標(biāo)準(zhǔn)。但SCR并不是完美無(wú)缺的,其主要問(wèn)題體集中在以下四點(diǎn)上:
(1)催化劑容易中毒、燒結(jié)、堵灰、磨損;(2)空預(yù)器堵塞;(3)逸氨;(4)價(jià)格高昂。
在SCR中使用的催化劑大多以TiO2為載體,以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MnO3為活性成分,制成蜂窩式、板式或波紋式三種類型。應(yīng)用于煙氣脫硝中的SCR催化劑可分為高溫催化劑(345℃~590℃)、中溫催化劑(260℃~380℃)和低溫催化劑(80℃~300℃),不同的催化劑適宜的反應(yīng)溫度不同。如果反應(yīng)溫度偏低,催化劑的活性會(huì)降低,導(dǎo)致脫硝效率下降,且如果催化劑持續(xù)在低溫下運(yùn)行會(huì)使催化劑發(fā)生永久性損壞;如果反應(yīng)溫度過(guò)高,NH3容易被氧化,NOx生成量增加,還會(huì)引起催化劑材料的相變,使催化劑的活性退化。
本文認(rèn)為引起中低溫運(yùn)行SO2、H2O中毒的,不是可逆的競(jìng)爭(zhēng)吸附占據(jù)吸附NH3的活性點(diǎn)位,而是生成的硫酸氫氨、硫酸銨堵塞催化劑孔道覆蓋催化劑活性點(diǎn)位。利用XRD測(cè)量NH3-SCR催化劑表面,發(fā)現(xiàn)存在大量歸屬于硫酸氫氨(ABS)、硫酸銨的吸收峰,[4]證實(shí)了上述結(jié)果。同時(shí),在300℃左右,ABS的熱穩(wěn)定性更好,[5]因此通常認(rèn)為中低溫區(qū)催化劑失活和ABS的生成有很大關(guān)系。
4SCRSNCR聯(lián)用技術(shù)
與單一的SCR技術(shù)和SNCR技術(shù)相比,SNCRSCR連用煙氣脫硝技術(shù)具有:(1)脫硝效率可以接近SCR技術(shù);(2)催化劑用量少;(3)脫硝系統(tǒng)阻力小;(4)減少SO2向SO3的轉(zhuǎn)化,降低腐蝕危害。SCRSNCR聯(lián)用技術(shù)是把SNCR工藝低費(fèi)用特點(diǎn)和SCR工藝地高脫硝效率及低地氨逸出效率有效結(jié)合。[6]
5總結(jié)
目前在火電行業(yè)內(nèi),脫硝技術(shù)較為成熟和完善,能滿足目前的污染物排放標(biāo)準(zhǔn),但是還存著很多問(wèn)題,如成本問(wèn)題、催化劑國(guó)產(chǎn)化、催化劑中毒問(wèn)題等,這些也將成為相關(guān)領(lǐng)域未來(lái)的研究方向。
參考文獻(xiàn):
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