在眾多的脫硝技術(shù)中,選擇性催化還原法(SCR)是脫硝效率高,為成熟的脫硝技術(shù),目前已成為國內(nèi)外電站脫硝廣泛應(yīng)用的技術(shù)。
SCR技術(shù)是還原劑(NH3、尿素)在催化劑作用下,選擇性地與NOx反應(yīng)生成N2和H2O,而不是被O2所氧化,故稱為“選擇性"。主要反應(yīng)如下:
對于SCR工藝,選擇的還原劑有尿素、氨水和純氨。尿素法是先將尿素固體顆粒在容器中*溶解,然后將溶液泵送到熱解爐中,在高溫的條件下尿素與水反應(yīng)生成氨氣;氨水法,是將25%的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發(fā),形成氨氣和水蒸汽;純氨法是將液氨在蒸發(fā)槽中加熱成氨氣,然后與稀釋風機的空氣混合成氨氣體積含量為5%的混合氣體后送入煙氣系統(tǒng)。
在SCR系統(tǒng)設(shè)計中,重要的運行參數(shù)是煙氣溫度、煙氣流速、氧氣濃度、SO3濃度、水蒸汽濃度、鈍化影響和氨逃逸等。
煙氣溫度是選擇催化劑的重要運行參數(shù),催化反應(yīng)只能在一定的溫度范圍內(nèi)進行,同時存在催化的溫度,這是每種催化劑*的性質(zhì),因此煙氣溫度直接影響反應(yīng)的進程;如本工程選擇的催化劑,可在煙溫300~400℃之間運行,低于低限溫度或高于高限溫度運行,催化劑就都會失活。
煙氣流速直接影響 NH3與 NOx的混合程度,需要設(shè)計合理的流速以保證 NH3與 NOx充分混合使反應(yīng)充分進行,流速的選擇應(yīng)避免煙灰在催化劑上的積累,并且要避免對催化劑的磨損,對于燃煤機組高塵布置的情況。
反應(yīng)需要氧氣的參與,當氧濃度增加催化劑性能提高,直到達到漸近值。
氨逃逸是影響SCR系統(tǒng)運行的另一個重要參數(shù),實際生產(chǎn)中通常是多于理論量的氨被噴射進入系統(tǒng),反應(yīng)后在煙氣下游多余的氨稱為氨逃逸,NOx脫除效率隨著氨逃逸量的增加而增加,在某一個氨逃逸量后達到一個漸進值;一般要求氨逃逸不大于3ppm。
SCR 系統(tǒng)中的重要組成部分是催化劑,各種催化劑活性成分均為WO3和V2O5。當前流行的成熟催化劑有蜂窩式、波紋狀和平板式等。平板式催化劑一般是以不銹鋼金屬網(wǎng)格為基材負載上含有活性成份的載體壓制而成;蜂窩式催化劑一般是把載體和活性成份混合物整體擠壓成型;波紋狀催化劑外形如起伏的波紋,從而形成小孔。
催化劑的比表面積是單位體積的催化劑的幾何表面積。蜂窩式催化劑的比表面積比板式催化劑大。由于脫硝反應(yīng)是氣相反應(yīng),需要大量的反應(yīng)面積。在同樣的煙氣條件下,比表面積大就表示所需要的催化劑體積量少,反應(yīng)器尺寸和相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)也較小。但蜂窩催化劑的單位價格較高,盡管體積數(shù)較小,總投資仍然較高。
蜂窩式催化劑的相鄰蜂窩孔隙的中心距,即節(jié)距。節(jié)距的大小取決于煙氣中的含塵量。高粉塵含量時選擇大節(jié)距的結(jié)構(gòu),以減少催化劑被粉塵堵塞的發(fā)生。由于制造工藝的原因,蜂窩式催化劑可以在不改變催化劑外部尺寸的情況下,較容易地改變節(jié)距,適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。但由于蜂窩催化劑與煙氣接觸的邊界較多,因而比板式催化劑更容易堵塞。
板式催化劑是以不銹鋼金屬網(wǎng)作為中心支撐體,再在外面覆蓋上催化劑活性成分。蜂窩形催化劑是以催化劑活性成分與承載材料混合壓制而成的。所以板式催化劑的強度比蜂窩式催化劑高。這樣板式催化劑抗煙氣中的灰粒子的沖刷能力較強。對于蜂窩催化劑,在催化劑入口后區(qū)段內(nèi),煙氣形成層流,磨損較小,可以忽略。同時越接近催化劑的壁面,煙氣的速度越低,磨損越輕。所以,可以在催化劑入口部分加以硬化處理以提供更進一步的保護,抗磨能力可大大提高。但這樣處理會提高相當程度的造價。