燃煤鍋爐煙氣SCR脫硝工藝分析

孫俊楠

（遼寧冶金設(shè)計研究院遼寧鞍山114033）

燃煤鍋爐煙氣SCR脫硝工藝分析

孫俊楠

（遼寧冶金設(shè)計研究院遼寧鞍山114033）

隨著綠色環(huán)保理念在工業(yè)企業(yè)中的不斷深入，燃煤鍋爐煙氣的處理也成為大多企業(yè)面臨的重要問題。從現(xiàn)行大多用于燃煤鍋爐煙氣處理的工藝看，SCR脫硝工藝所具備的優(yōu)勢較為明顯，成為國內(nèi)外企業(yè)青睞的工藝技術(shù)之一。本文主要結(jié)合燃煤鍋爐煙氣的生成機理、SCR脫硝工藝的相關(guān)原理與設(shè)計方案進行探析。

SCR脫硝工藝；氮氧化物；催化劑

作為大氣污染物之一，NOx對臭氧層破壞、酸雨污染以及光化學(xué)煙霧的形成都具有明顯的影響。而該物質(zhì)的產(chǎn)生主要源于燃煤鍋爐燃燒過程，這就要求通過煙氣脫硝技術(shù)的引入使NOx的排放問題得以解決。其中的脫硝技術(shù)便以SCR為主，在許多歐洲發(fā)達國家以及北美國家都已得到驗證，其脫硝效率可突破80%。因此，本文對SCR脫硝工藝在燃煤鍋爐煙氣處理中的研究，具有十分重要的意義。

1　燃煤鍋爐煙氣生成機理分析

根據(jù)以往學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，燃燒鍋爐保持正常燃燒溫度情況時，煙氣中的NOx在含量上為1%以內(nèi)，而該物質(zhì)中NO、NO2、N2O的成分分別保持在90%、8%與2%左右。從NOx的生成機理看，其主要表現(xiàn)在：（1）燃料型NOx。該物質(zhì)生成過程中，主要指鍋爐燃燒中燃料內(nèi)氧化物通過燃燒發(fā)生氧化反應(yīng)，有燃燒型NOx生成。（2）熱力型NOx。該成分的生成主要指高溫情況下，空氣中氮氣成分會發(fā)生變化，由此產(chǎn)生NOx。（3）快速型NO。其生成的原理主要表現(xiàn)在燃料中碳氫粒子、空氣內(nèi)氮成分二者反生反應(yīng)，進而產(chǎn)生NO。

2　SCR脫硝工藝原理與設(shè)計方案

2.1SCR脫硝工藝原理

關(guān)于SCR脫硝工藝，其在還原介質(zhì)選擇上主要以氨氣為主，并將還原劑注入系統(tǒng)、氨儲罐以及催化劑反應(yīng)器設(shè)置于系統(tǒng)中。在運行過程中將使氨氣向燃燒鍋爐煙道進行注入，這樣煙氣會與注入的氨氣混合,在氧氣足夠且催化劑的應(yīng)用下，煙氣內(nèi)的NOx便會與氨氣進行反應(yīng)，使H2O、N2等得以生成。但通常因催化劑的存在，煙氣內(nèi)部分SO2很可能發(fā)生氧化反應(yīng)，生成SO3，若反應(yīng)過程中有H2O的參與，SO3還可能與部分未反應(yīng)氨發(fā)生反應(yīng)，最終產(chǎn)生不利于反應(yīng)的物質(zhì)，如硫酸氨或硫酸氫氨等。

2.2靜態(tài)混合器在SCR脫硝工藝在燃煤鍋爐煙氣控制中的主要作用

SCR脫硝工藝在燃煤鍋爐煙氣控制中，往往也將靜態(tài)混合器引入其中。該設(shè)備區(qū)別于傳統(tǒng)攪拌器，未將運動部件設(shè)置其中，但卻能夠依托于其自身內(nèi)部單元完成相關(guān)動作。將其與SCR脫硝系統(tǒng)相互配合，使氨氣與煙氣在進入SCR反應(yīng)器前便可均勻混合，可達到渦流擾動直接混合的目標，能夠使催化劑在反應(yīng)器中的反應(yīng)更為充分，因NOx含量的降低，而使脫硝效率得以提高。但需注意，靜態(tài)混合器在應(yīng)用過程中，要求做好安裝工作，確保其綜合性能得到發(fā)揮。

2.3SCR催化劑類型與組成

現(xiàn)行可用于SCR工藝中的催化劑主要包括兩種類型，即：（1）蜂窩式催化劑，其在骨架材料選用方面主要以二氧化鈦為主，并配合V2O5的使用，可使應(yīng)用效果更為明顯。（2）板式催化劑，該類型催化劑在基材選擇上多以金屬板為主，通過燒結(jié)而成型。除此之外，現(xiàn)行市場中常見的催化劑也包括以陶瓷板、玻璃纖維板為骨架材料制作的催化劑，可將其稱為波紋式催化劑。從催化劑的構(gòu)成上看，其不僅將活性成分融入其中，且有較多承載材料如SO2或TO2等引入。以氧化鈦催化劑為例，其在構(gòu)成上約有90%以上為二氧化鈦，且包含5%～10%的三氧化鎢、三氧化鉬，并有較少的活化成分五氧化二釩。另外，催化劑在結(jié)構(gòu)上也表現(xiàn)在其面積尺寸、壁厚以及孔間距等方面，許多發(fā)達國家在SCR工藝應(yīng)用下，對催化劑的結(jié)構(gòu)要求極為嚴格，如在催化劑壁厚方面，板式催化劑、蜂窩式催化劑需分別保持在1.5mm～2.4mm與1.0mm～2.4mm之間，這樣才可使催化劑的應(yīng)用效果得到充分發(fā)揮。而面積尺寸與孔間距方面，也需根據(jù)SCR工藝要求進行確定。

2.4催化劑與還原劑在SCR脫硝工藝中的應(yīng)用

催化劑作為SCR脫硝工藝的核心物質(zhì)，其對煙氣脫硝效率影響極為明顯。在實際選擇過程中應(yīng)以NOx濃度、煙氣流速以及省煤器和空預(yù)器的布置情況作為依據(jù)，并結(jié)合催化劑使用周期、氨逃逸率范圍以及SO2轉(zhuǎn)化率范圍等。以氧化鈦基為例，其是SCR高溫工藝下常用的催化劑之一，若其涵蓋的V2O5含量較多，便會使脫硝效率得以提高。但含量過高情況下，SO2很容易轉(zhuǎn)化為SO3，所以需保證在V2O5含量上維持在2%以內(nèi)，且將WO3融入其中，有利于對SO2的轉(zhuǎn)化進行控制。同時應(yīng)注意在催化劑使用過程中，應(yīng)進行3層或4層的催化劑安裝空間的設(shè)置，其目的在于使催化劑的更換周期得以延長。另外，在還原劑選擇過程中，常用的主要以氨水溶液、無水液氨以及尿素水溶液為主。

3　結(jié)語

SCR脫硝工藝的運用是解決燃煤鍋爐煙氣問題的重要途徑。實際應(yīng)用過程中應(yīng)正確認識燃煤鍋爐煙氣中NOx產(chǎn)生的機理與SCR脫硝工藝的原理，確保在SCR工藝運用下，其各運行流程都可有效開展。同時，SCR工藝運用時還需做好還原劑、催化劑的選擇，這樣才可使脫硝效率達到最高。

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