烟气脱硝张巍.pptx

《烟气脱硝张巍.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《烟气脱硝张巍.pptx（63页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、11、SCR脱硝系统3、氨与氨区2、SCR脱硝反应器第第1 1节节 选择性催化还原法选择性催化还原法第1页/共63页2“一个中心，两个基本点”1 1、SCR脱硝系统（流程）（流程）锅炉换热器空气电除尘器SO2吸收塔SCR反应器催化剂雾化器氨/空气混合器氨储罐高温高尘工艺流程一个中心：脱硝反应器两个基本点：催化剂还原剂2第2页/共63页(1)工艺布置锅炉锅炉静电除尘器静电除尘器SCR反应器反应器空气预热器空气预热器NH3储罐蒸发器储罐蒸发器去湿法烟气脱去湿法烟气脱硫系统硫系统NH3NH3NH3+空气空气高温高尘优点烟气温度(280-420)符合催化剂的活性。缺点1.催化剂中毒、磨损、通道堵塞；2

2、、NH3与SO3生成(NH4)2SO4;3、SO2氧化成SO3;4、高温使催化剂烧结。3第3页/共63页锅炉锅炉静电除静电除尘器尘器SCR反应器反应器空气预热器空气预热器NH3储罐储罐蒸发器蒸发器NH3NH3+空气空气湿法烟湿法烟气脱硫气脱硫系统系统空气空气去烟囱去烟囱空气空气高温低尘优点1.粉尘浓度低可延长催化剂寿命；2.不影响锅炉的运行；3.氨泄漏量少；缺点1.含大量SO2，部分氧化成SO3，并可能生成(NH4)2SO4；2.300-400的高温对除尘设备性能要求高；3.国内缺少工程实例运用经验。4第4页/共63页锅炉锅炉静电除静电除尘器尘器SCR反应器反应器空气预热器空气预热器NH3储罐

3、储罐蒸发器蒸发器NH3NH3+空气空气湿法烟湿法烟气脱硫气脱硫系统系统空气空气气/气加热器去烟囱去烟囱空气空气气气/油燃烧器或油燃烧器或蒸汽换热器蒸汽换热器低温低尘优点1.空间速度大使得催化剂消耗量减少；2.氨逃逸量最少；3.无SO3产生，防止二次污染；缺点1.需要烟气再热系统，增加了投资和运行成本；2.目前还未找到符合反应条件的催化剂。5第5页/共63页6a)新鲜催化剂b)NH3被吸附c)NO与NH3反应d)活性恢复(2)反应机理4NO+4NH3+O2 4N2+6H2O催化反应过程第6页/共63页7a)主反应方程4NO+4NH3+O24N2+6H2O6NO+4NH35N2+6H2O6NO2+

4、8NH37N2+12H2O2NO2+4NH3+O23N2+6H2Ob)副反应方程4NH3+3O22N2+6H2O2NH3N2+3H22SO2+O22SO34NH3+5O24NO+6H2ONH3+SO2+H2ONH4HSO42NH3+SO2+H2O(NH4)2SO4 SCR法脱硝反应机理第7页/共63页8 2 2、SCR脱硝反应器烟气NOx、NH3催化剂层脱硝洁净气体遵循“三从（层）四德（的）”三层：两层催化层，一层备用层四的：均匀的：喷氨混合均匀低尘的：保持含尘量低低阻的：保证阻力较小达标的：保证排放达标第8页/共63页9(1)SCR反应器的结构第9页/共63页10(2)SCR脱硝催化剂催化剂

5、的选择标准nNOX去除率高（达到90%以上）nSO2抵抗力强nSO2/SO3转化率低（低于1%）n对灰分及热冲击力的抵抗力强n压力损失（阻力）低第10页/共63页11 催化剂的成分类类 别别活性成分活性成分载载 体体还原剂还原剂特特 点点第一类第一类催化剂催化剂Pt-Rh和和PdAl2O3整体整体式陶瓷式陶瓷NH3缺点是对缺点是对NH3有一定有一定的氧化作用的氧化作用第二类第二类催化剂催化剂V2O5、V2O5-WO3、V2O5-MoO3TiO2NH3、氨水或氨水或尿素尿素催化剂载体的主要作催化剂载体的主要作用是提供大比表面的用是提供大比表面的微孔结构，并在反应微孔结构，并在反应中活性极小，铁基

6、比中活性极小，铁基比钛基催化剂活性要低钛基催化剂活性要低40%CrOx、Al2O3、ZrO2、SiO2、微量、微量MNOx、CaOFe2O3第三类第三类催化剂催化剂Y-沸石、沸石、ZSM系列、系列、MFI、MOR沸石分子沸石分子筛筛NH3、氨水或氨水或尿素尿素具有活性的温度区间具有活性的温度区间可以达到可以达到600第11页/共63页12 催化剂的结构形式项目项目催化剂类型催化剂类型蜂窝状蜂窝状波纹板式波纹板式板式板式加工工艺加工工艺均匀挤出式均匀挤出式覆涂式覆涂式覆涂式覆涂式比表面积比表面积大大小小中等中等体积比体积比100%153%176%130%压损压损1.2411.48第12页/共63

7、页13抗中毒能力抗中毒能力强强中等中等中等中等安全性安全性不助燃不助燃助燃助燃不助燃不助燃持久性持久性最好最好较差较差较差较差磨损磨损更好更好较差较差更好更好可靠性可靠性更好更好一般一般较差较差催化剂成本催化剂成本更好更好(能再生利用能再生利用)一般一般一般一般结论结论最好最好一般一般一般一般第13页/共63页蜂窝式催化剂的型式蜂窝式催化剂的型式第14页/共63页催化剂吹灰系统催化剂吹灰系统蒸汽吹灰系统声波吹灰器第15页/共63页典型的催化剂更换安排典型的催化剂更换安排第16页/共63页17 催化剂的重要参数a)脱硝效率b)氨逃逸率氨逃逸率是指反应器出口烟气中的氨浓度（ppm），转换成6%氧量

8、、标态、干基的数值。NH3+SO2转化NH4HSO3(黏黏)NH3进入大气大气(污染污染)要求：5ppm第17页/共63页18c)空间速度Sv（h-1）Sv是指烟气体积流量（标准状态下的湿烟气）与SCR反应塔中催化剂体积的比值，反映烟气在SCR反应塔内停留时间的长短。SvT停留NOX+NH3反应不充分氨逃逸率Svu烟气设备不能充分利用第18页/共63页19d)催化剂运行寿命催化剂活性自投运开始能够满足脱硝设计性能的时间。通常24000he)SO2/SO3转化率空气预热器电除尘器（腐蚀）要求：1%f)SO2/SO3转化率通常1kPa第19页/共63页20 催化剂失活原理及防治a)灰分引起催化剂堵

9、塞灰分破坏催化剂表面结构解决方法：使用表面涂料使催化剂表面磨损降到最低；选择合理的催化剂间隔，解决催化堵塞问题。第20页/共63页21b)热烧结引起催化剂失活新催化剂新催化剂烧结后的烧结后的催化剂催化剂解决方法：在催化剂中加入WO3；增加催化剂的耐热性。第21页/共63页22c)碱金属中毒(Ca,Na,K)解决方法：减少启动和停机的次数;尽可能保持SCR系统处于干燥、温度适宜的环境;当系统不运行时，保证系统通道门始终关闭。第22页/共63页23d)催化剂砷中毒As2O3O2未中毒的催化剂结构未中毒的催化剂结构砷中毒的催化剂结构砷中毒的催化剂结构解决方法：TiO2/MoO3配方是公认的可以使催化

10、剂具有抵抗砷中毒能力的成分组合;MoO3可以同砷元素形成稳定的化合物,从而使V2O5免于中毒。第23页/共63页24e)NH3与SO3反应生成硫酸氢氨和硫酸氨问题一：盐碱的形成导致催化剂的堵塞CaO+SO3CaSO4问题二：硫酸氨和硫酸氢氨的形成导致催化剂活性部位的堵塞SO3+NH3+H2ONH4HSO4(强粘性)SO3+2NH3+H2O(NH4)2SO4解决方法：控制较低的SO2/SO3转化率;提高运行温度；控制较低的氨逃逸量。第24页/共63页25 3 3、氨及氨区“储”、“解”、“喷”、“混”第25页/共63页261、还原剂原料的选择 液氨无色、刺激性恶臭味，加压储存，合格品含量大于99

11、.6%，转化为气态时膨胀850倍，空气中浓度为15%28%时易燃烧和爆炸。氨水呈弱碱性，对人体有害，浓度为20%30%时相对较安全，但运输的体积较大，运输的成本相对较高，在空气中达到一定浓度时也可爆炸。尿素需要水解或热解，转化为氨气时有H2O与CO2产生，工艺复杂，设备与运行成本较高。第26页/共63页272、尿素制备氨气工艺 水解法氨气供应系统水解法氨气供应系统第27页/共63页28 热解法氨气供应系统热解法氨气供应系统第28页/共63页293、喷氨格栅第29页/共63页第第2 2节节 选择性非催化还原法选择性非催化还原法1.1.化学原理化学原理2.2.各种影响因素各种影响因素3019:41

12、第30页/共63页311.化学原理（1）SNCR工艺它由还原剂贮槽、还原剂多层喷入装置和与之配套的控制仪表组成。还原剂贮运和操作系统与SCR系统的相似，但所需的还原剂量比SCR工艺的多；第31页/共63页32（2）氨逃逸的原因p因喷入点温度低影响氨与NOx的反应；p另一种是喷入的还原剂过量，导致还原剂不均匀分布。由于不可能及时得到有效喷入还原剂的反馈信息，所以控制SNCR体系中氨的逸出是相当困难的，但通过在出口设置NH3、检测仪可以得到改善。（3）还原剂喷入点的设置还原剂喷入系统必须将还原剂喷到炉膛内最有效的部位，因为NOx的分布在炉膛对流断曲上是经常变化的，如果喷入控制点太少或锅护整个断面上

13、喷氨不均勾，则会出现较高氨逸出量。SNCR法的喷氨点应选择在锅炉炉膛上部相应的位置，并保证与烟气良好混合。若喷入的为尿素溶液，其质量分数宜为50%左右。第32页/共63页33（4）还原剂分布对于大型燃煤锅炉，还原剂的分布更加固难。多层投料同单层投料一样在每个喷入的水平切面上通常都要遵循锅炉负荷改变引起温度变化的原则。由于喷入量和喷入区域非常复杂，要做到很好的调节也是困难的。为保证脱硝反应能以最少的喷NH3量达到最好的还原效果，必须设法使NH3与烟气良好地混合；若喷入的NH3不充分反应，则泄漏的NH3不仅会使烟气中的飞灰沉积在锅炉尾部的受热面上，而且遇到SO3会生成铵盐，可能造成空气预热器堵塞和

14、腐蚀。（5）SNCR反应温度SNCR法的化学基础是在炉膛9001100温度区域内、在无催化剂条件下，NH3或尿素等氨基还原剂可以选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2发生作用。第33页/共63页34（6）SNCR反应原理p当温度较高时，NH3会被氧化为NO，导致NOx排放浓度增大。如温度过高还会促使NH3发生热分解，均为不利；p当温度低于900时，NH3的反应不完全，会造成“氨穿透”。因此，SNCR法温度。第34页/共63页352.各种影响因素（1）温度对脱硝效率的影响反应温度在1000左右曲线存在拐点。p高于1000时，NOx脱除率由于氨的热分解而降低。p温度低于1000时，由于

15、脱硝反应不充分使氨的逸出量增加。研究表明，以尿素为还原剂时，温度的影响有相同的趋势，但最佳温度约为900。能准确表达还原剂喷入区域内的温度纵剖面图是必要的，还原剂在最佳温度窗口停留的时间长，则脱硝的效果好。停留时间超过1s则可以获得最大脱硝率。第35页/共63页36（2）NH3/NOx摩尔比对脱硝效率的影响SNCR系统的化学计量比要比SCR的大，因为反应温度高。必然有不少的还原剂被热分解，因此还原剂的有效利用率较低。虽然在反应区，生成按盐的副反应不存在，但是，烟气中原有的SO3在空气预热器的表面仍有可能生成按盐，也造成NH3的消耗。SNCR系统，当喷入尿素时，可能产生较多的N2O，而且它随着N

16、Ox的脱除率的增加而增加，这表明相当部分脱除的NOx(约1025)被转化成了N2O，结果陡然增加还原剂的消耗，使化学计量比增大。第36页/共63页37（3）添加剂的作用许多研究都证明，SNCR系统以尿素为还原剂，同时掺入某些添加剂能取得良好效果。这些添加剂本身亦可作为NOx的还原剂，对还原过程起着辅助、促进和强化作用，可能使反应温度和逸出NH3的浓度降低，还可能减少空气预热器上的沉积物和N2O的产生，此类添加剂，或称促进剂，或称强化剂，有烃类、胺类、酚类、毗啶、有机按盐、醇类、糖类以及纤维有机酸等。工业生产中有不少此类废物完全可以加以利用。第37页/共63页38第第3 3节节 非选择性催化还原

17、法非选择性催化还原法1.1.化学原理化学原理2.2.各种影响因素各种影响因素第38页/共63页391.化学原理在一定温度和催化剂作用下，还原剂不仅与NOx反应生成N2，而且还与烟气中的O2，作用生成CO和H2O用作还原剂的有H2、CO和CH4一类低碳烃以及各种燃料气，催化剂一般采用Pt和贵稀金属，以A12O3为载体。为了提高耐热性能，可在载体上涂以钍(Th)和锆(Zr)的氧化物。工艺流程：是废气经预热后，加入还原剂混合均匀，送进NSCR反应器进行反应，净处后的气体经余热回收装置，然后排放。操作条件：反应温度为550800；空间速度为11.127.8s-1(决定于催化剂和反应温度)；反应器出口N

18、Ox浓度可控制在410mgm3(以NOx计)以下。（1）NSCR工艺第39页/共63页40（2）化学反应过程第40页/共63页412.各种影响因素还原剂的用量必须充足，根据烟气中NOx和O2的浓度计算确定。实际加入的还原剂量与理论计算量之比称为“燃料比”。当燃料比大于100时，脱硝率可达92以上；当燃料比减小到90时，脱硝率降至7080；一般燃料比采用110120。（1）还原剂为了防止催化剂发生失活和中毒现象，要求预先去除废气中的粉尘和SO2等。因此烟气在进入反应器之前，先经除尘和洗涤脱硫，向时在反应器内设置定时吹灰装置。由此可见NSCR宜置于除尘脱硫系统之后。（2）催化剂防失活第41页/共6

19、3页42第第4 4节节 组合法组合法1.1.SCR/SNCRSCR/SNCR法原理法原理2.2.工艺特点工艺特点第42页/共63页431.SCR/SNCR法原理SNCR/SCR组合工艺是SNCR的还原剂直喷炉膛技术同SCR利用逸出氨进行催化反应结合起来，从们进行两级脱硝。它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率及低的氨逸出率有效结合；理论上，SNCR在脱除部分NOx的同时也为后面的SCR脱除更多的NOx提供了所需的氨。（1）SCR/SNCR布置第43页/共63页44（2）技术关键在组合工艺中，至关重要的问题是使氨与烟气充分混合。控制氨的分布以适应NOx分布的变化是非常困难的。并且锅

20、炉越大，这种分布就越差。如果SCR催化剂上的氨得不到充足的NOx，那么，一部分氨没发生反应就通过了催化剂；如果局部高浓度NOx烟气中没有充足的氨，则在这些催化区域没有NOx还原反应发生，结果是脱硝率下降和排气逃逸氨增加。为了消减这种分布不均匀的影响，在组合上艺的设计中应在标准SCR反应器上安装一个辅助氨喷射系统，准确调节辅助氨喷射量可以避免产生催化剂的缺氨区域。第44页/共63页452.工艺特点组合工艺脱硝率是SNCR工艺特性、氨的喷入量及扩散速率和SCR催化剂体积的函数。要达到90以上脱硝率和氨逃逸浓度在3.8mg/m3以下的要求，采用本工艺在技术上是可行的。不过，脱硝率还必须遵循同还原剂的

21、消耗量和所需催化剂体积相匹配和均衡的设计思路，本工艺的运行特性直接决定进入催化剂的NH3和NOx的分布状况，分布偏差大将影响催化剂的运行适应能力，这些在设计时一定要考虑周密。组合工艺也可以用尿素作还原剂，但要注意尿素喷入点的温度应低于SNCR脱除NOx所需的最佳温度，因为此温度有利于NH3的生成，能有效地为催化反应提供足够的氨，但是SNCR的脱硝率只有30%，典型的组合装置的脱硝率能达到84。第45页/共63页46第第5 5节电子束照射法节电子束照射法1.1.辐照反应原理辐照反应原理2.2.反应条件反应条件第46页/共63页471.辐照反应原理（1）NH3的作用电子束辐照法(EBA)实际上属于

22、干式氨法脱硝技术，但此处的氨不足还原剂而是中和剂。（2）幅照反应途径在电子束辐照下，烟气中的O2和H2O首先被高能电子激发产生强氧化性的活性基团O、OH和HO2，烟气中的NOx被这些活性基团迅速氧化成NO2，并与H2O作用生成HNO3。HNO3与喷入烟气中的NH3发生化学反应，产生硝铵。第47页/共63页482.反应条件（1）温度在温度70左右曲线出现拐点。低于70，脱硝率随温度降低而降低，高于70。脱硝率随温度升高而降低；因此脱硝反应的最佳温度应为70左右；第48页/共63页49（2）化学计量比喷入的氨量决定于化学计量比，当计量比为1时，脱硝率达到80，提高喷氨量，即计量比大于1，脱硝率变化

23、不大，略有下降，此时排气中逸出氨量将大增。NOx去除率与添加NH3和逸出氛的关系见图5-17。第49页/共63页50（3）轴照剂量通常脱硝率随电子束剂量的增加而增加，逸出氨随剂量增大而减少。当剂量在1820kGy时即可达80的脱硝率。脱硝率与辐照剂量的关系见图5-18。电子束辐照法脱硝常与脱硫同时使用，能达到90以上的脱硫率和80的脱硝率，实属一举三得，减排了SO2和NOx，还副产附加值较高的硫硝铵化肥。不过，目前的情景是电子束发生装置似乎还处于“曲高和寡”阶段，投资利运行费偏高，所以至今还不易推广应用。第50页/共63页51第第6 6节节 其它干法脱硝技术其它干法脱硝技术1.1.分子筛法分子

24、筛法2.2.活性炭法活性炭法3.3.碳热还原法碳热还原法第51页/共63页521.分子筛法（1）分子筛分子筛是一种人工合成的泡沸石，是具有微孔的立方晶体硅酸盐，通式为Mex/n(Al2O3)x(SiO2)ymH2O(Me为金属阳离子，x/n为n价金属阳离子数，m为结晶水的分子数)；分子筛的微孔丰富，吸附容量大，孔径均一，又是离子型吸附剂，有较强的吸附选择性，对些极性分子在较高温度和较低分压下也有很强的吸附能力。分子筛是优良的吸附刘。常用品种很多，有氢型丝光沸石、电沸石、脱铝丝光沸石和13x型分子筛等。第52页/共63页53（2）分子筛脱硝原理在分子筛中，最常用的是丝光沸石。丝光沸石的比表面积为

25、5001000m2/g。内晶表面丰富且高度极化，微孔单一、均匀，大小接近一般分子。当NO2通过筛床时，由于H2O和NO2分子的极性较强，就选择性地被吸附在表面上生成HNO3，放出NO放出的NO与废气中的O2作用生成NO2，再被上层筛床吸附，如此反复进行。吸附剂达到饱和吸附后，即可用蒸汽加热再生处理；解吸后得到高浓度NOx可回收利用，分子筛则重复使用，吸附与再生切换操作通常采用二塔并联。第53页/共63页54（3）分子筛脱硝工艺第54页/共63页55（4）吸附过程根据吸附力的性质，吸附过程有物理吸附和化学吸附之分，物理吸附主要是靠引分子问的范德华引力产生的，它可以是单分子层吸附，也对以是多层吸附

26、，而化学吸附是靠吸附剂与吸附质之问的化学键力产生的，只能单层吸附。同一物质在较低温度下可能发生的是物理吸附，而在较高温度下所经历的往往又是化学吸附。物理吸附常发生在化学吸附之前，当吸附剂逐渐具备足够高的活化能用才发生化学吸附，亦可能两种吸附同时发生。第55页/共63页562.活性炭法（1）活性炭脱硝过程活性炭对NOx的吸附能力高于分子筛和硅胶，可用于硝酸尾气处理，回收NOx，活性炭再生后循环使用。采用某种特殊的活性炭作为吸附剂时，一部分碳直接参与还原反应，生成N2（2）活性炭特点由于活性炭在300以上有自燃的可能，再生处理比较困难。活性炭是由石墨微晶和无定形碳组成的固体，是一种环境友好材料，拥

27、有发达的微孔结构和丰富的表面积及表面基团，还具有优良的负载和还原性能力，利用活性炭作为催化剂的载体可降低反应温度和替代NH3起还原剂的作用。活性炭的微孔约占总表面积的95，是决定吸附性能高低的主要因素。第56页/共63页57（3）活性炭的活性位活性炭的内、外表面原子的不饱和性，往往与环境中的氢、氧元素作用形成含氧基团，从而决定其表面的酸碱性和亲疏程度；酸性基团是NH3的吸附活性位，碱性基团是NOx的吸附活性位。活性炭应用于烟气脱硝，主要是通过催化还原和催化氧化两个途径实现的。活性炭能在较低温度下完成催化还原反应，但活性不够高。经HNO3或H2SO4处理的活性炭能大大增加表面含氧基团的数量，因而

28、有利于大量吸附NH3和提高脱硝率。第57页/共63页58（4）AC载体催化剂由于活件炭拥有十富的孔隙结构和表面基团，赋予了作为催化剂载体的优异功能，因而产生了以活性炭(AC)为载体的催化剂，例如担载量力5的V2O5/AC催化剂在220温度下，取得脱硝率超过95的效果。活性炭本身具有还原能力，这种还原能力与活性炭的品质有关。在一定程度上，活性炭的表面性质、孔径分布决定了催化剂的活性，关键在活性组分金属离子被氧氧化和被碳还原的难易程度。在反应过程中，NO在金属离子上被解离吸附，并被吸附态氧氧化成高价态，然后这些氧化物被碳还原，使催化剂活性组分的性能得以恢复。显然，易被还原的金属离子活性高，同时，金

29、属离子对碳和氧的反应也有催化作用，催化活性愈高，则选择性愈低。研究发现，载镍的活性炭是一种较理想的催化剂兼还原剂，某些负载双金属的活性炭也能将催化与还原集于一体。第58页/共63页59（5）AC催化剂脱硝机理第59页/共63页603.炭热还原法利用碳质材料还原废气中的氮氧化物属于无触媒非选择性还原法，与选择性催化法相比，其优点是不需要价格昂贵的铂、钯贵稀金属催化剂，因而避开了催化剂中毒所引起的问题，并且碳质材料价格便宜、来源十富。虽然当烟气中氧含量高时，碳质材料消耗较大，但氧和氮氧化物与碳的反应都是放热反应，消耗定量的碳所放出的热量与普通燃烧过程基本相同，这部分热量可以回收利用。（1）碳质材料第60页/共63页61（2）化学反应第61页/共63页燃烧与污染62课后思考题（1）SCR脱硝工艺布置的分类及相应特点（2）SCR脱硝催化剂选择应考虑的因素（3）影响催化剂失活的因素及相应解决方法（4）SNCR法烟气脱硝原理及其影响因素？（5）EBA法辐照原理及反应条件？（6）试述SCR/SNCR组合法烟气脱硝原理？第62页/共63页63感谢您的观看！第63页/共63页