脫硫脫銷技術問答
作者：脫硫 來源：脫銷 發(fā)布時間：2021-03-06
1、什么是SCR煙氣脫硝技術?
答：SCR煙氣脫硝技術即選擇性催化還原技術(SelectiveCatalyticReduction，簡稱SCR)，是向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它合適的還原劑，利用催化劑(鐵、釩、鉻、鈷或鉬等堿金屬)在溫度為200-450℃時將煙氣中的NOx轉化為氮氣和水。由于NH3具有選擇性，只與NOx發(fā)生反應，基本不與O2反應，故稱為選擇性催化還原脫硝。在通常的設計中，使用液態(tài)純氨或氨水(氨的水溶液)，無論以何種形式使用氨，首先使氨蒸發(fā)，然后氨和稀釋空氣或煙氣混合，后利用噴氨格柵將其噴入SCR反應器上游的煙氣中。
2、SCR法的優(yōu)點有哪些?
答：SCR法是國際上應用多、技術成熟的一種煙氣脫硝技術。該法的優(yōu)點是：由于使用了催化劑，故反應溫度較低;凈化率高，可高達85%以上;工藝設備緊湊，運行可靠;還原后的氮氣放空，無二次污染。
3、 SCR法的缺點有哪些?
答：SCR法存在一些明顯的缺點：煙氣成分復雜，某些污染物可使催化劑中毒;高分散度的粉塵微粒可覆蓋催化劑的表面，使其活性下降;系統(tǒng)中存在一些未反應的NH3和煙氣中的SO2作用，生成易腐蝕和堵塞設備的硫酸氨(NH4)2SO4和硫酸氫氨NH4HSO4,同時還會降低氨的利用率;投資與運行費用較高。
4、 SCR脫硝法的催化劑如何選擇?
答：SCR法中催化劑的選取是關鍵因素，對催化劑的要求是活性高、壽命長、經(jīng)濟性好不產(chǎn)生二次污染。在以氨為還原劑來還原NOx時，雖然過程容易進行，銅、鐵、鉻、錳等非貴金屬都可起到有效的催化作用，但因煙氣中含有SO2、塵粒和水霧，對催化反應和催化劑均不利，故采用銅、鐵等金屬作為催化劑的SCR法必須首先進行煙氣除塵和脫硫;或者是選用不易受骯臟煙氣污染和腐蝕等影響的，同時要具有一定的活性和耐受一定溫度的催化劑，如二氧化鈦為基體的堿金屬催化劑，其最佳反應溫度為300-400℃。
5、 SCR脫硝過程中氨的氧化機理及危害?
答：氨的氧化將一部分氨轉化為其它的氮化合物。可能的反應有：4NH3+5O2→4NO+6H2O4NH3+3O2→2N2+6H2O2NH3+2O2→N2O+3H2O
影響氨氧化反應的因素有：催化劑成分、煙氣中各組分和氨的濃度、反應器溫度等。一般認為在釩催化劑上，當溫度超過399℃時，氨的氧化對脫硝過程才有顯著影響。
其危害：首先，達到給定的NOx脫除率需要的氨供給率將增加，需要添加額外的還原劑以替換被氧化的氨;第二，氨的氧化減少了催化劑內表面吸附的氨，可能影響NOx脫除，可能導致催化劑體積不足;此外，由于氨不是被氧化就是與NOx反應或者作為氨逃逸從反應器中排出，因此氨的氧化使SCR工藝過程的物料平衡變得復雜。因此，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)需要安裝氨逃逸的測量儀器。
6、 SCR脫硝過程中SO2氧化的機理及危害?
答：SCR催化劑的氧化特性使燃用含硫煤的鍋爐的脫硝反應器也會將SO2氧化為SO3：2SO2+O2→2SO3。SO2氧化率受煙氣中SO2濃度、反應器溫度、催化劑質量、催化劑的結構設計及配方的影響。SO3的產(chǎn)生率正比于煙氣中SO2的濃度。增加反應溫度也會加快SO2的氧化，當溫度超過371℃時，氧化速率將迅速增加。
SO2氧化速率也與反應器中催化劑的體積成正比，因此，為獲得高的脫硝效率和低的氨逃逸而設計的反應器也會產(chǎn)生更多的SO3。
SO3與催化劑組分及煙氣組分反應，形成固體顆粒沉積在催化劑表面或內部，縮短催化劑壽命。SCR反應器產(chǎn)生的SO3增加了煙氣中SO3的本底濃度。
7、 SCR脫硝過程中銨鹽(如硫酸氫銨和硫酸銨)的形成機理及危害。
答：約在320℃以下，SO3和逃逸的氨反應，形成硫酸氫銨和硫酸銨：NH3+SO3+H2O→NH4HSO42NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4
這些物質從煙氣中凝結并沉積，可以使催化劑失活;造成SCR系統(tǒng)的下游設備沾污和腐蝕，增加空氣預熱器的壓降并降低其傳熱性能;使飛灰及脫硫裝置副產(chǎn)物不適合于特定的用途。
降低上述影響是將氨逃逸量維持在低水平以及控制燃用含硫燃料鍋爐SCR裝置的SO2氧化率。銨鹽沉積開始的溫度是氨和SO3濃度的函數(shù)，為了避免催化劑沾污，在滿負荷條件下，SCR系統(tǒng)運行溫度應該維持在320℃以上。
8、氮氧化物的的危害有哪些?
答：(1)、NO能使人中樞神經(jīng)麻痹并導致死亡，NO2會造成哮喘和肺氣腫，破壞人的心、肺，肝、腎及造血組織的功能喪失，其毒性比NO更強。無論是NO、NO2或N2O，在空氣中的高允許濃度為5mg/m3(以NO2計)。
(2)、NOx與SO2一樣，在大氣中會通過干沉降和濕沉降兩種方式降落到地面，歸宿是硝酸鹽或是硝酸。硝酸型酸雨的危害程度比硫酸型酸雨的更強，因為它在對水體的酸化、對土壤的淋溶貧化、對農(nóng)作物和森林的灼傷毀壞、對建筑物和文物的腐蝕損傷等方面絲毫不不遜于硫酸型酸雨。
所不同的是，它給土壤帶來一定的有益氮分，但這種“利”遠小于“弊”，因為它可能帶來地表水富營養(yǎng)化，并對水生和陸地的生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。
(3)、大氣中的NOx有一部分進入同溫層對臭氧層造成破壞，使臭氧層減薄甚至形成空洞，對人類生活帶來不利影響;同對NOx中的N2O也是引起全球氣候變暖的因素之一，雖然其數(shù)量極少，但其溫室效應的能力是CO2的200-300倍。
9、影響NOx生成的主要因素有哪些?
答：鍋爐煙氣中的NOx主要來自燃料中的氮，從總體上看燃料氮含量越高，則NOx的排放量也就越大。此外還有很多因素都會影響鍋爐煙氣中的NOx含量的多少，有燃料種類的影響，有運行條件的影響，也有鍋爐負荷的影響。
(1)、鍋爐燃料特性影響煤揮發(fā)成分中的各種元素比會影響燃燒過程中的NOx生成量，煤中氧/氮(O/N)比值越大，NOx排放量越高;即使在相同O/N比值條件下，轉化率還與過量空氣系數(shù)有關，過量空氣系數(shù)大，轉化率高，使NOx排放量增加。此外，煤中硫/氮(S/N)比值也會影響到SO2和NOx的排放水平，S和N氧化時會相互競爭，因此，在鍋爐煙氣中隨SO2排放量的升高，NOx排放量會相應降低。
(2)、鍋爐過量空氣系數(shù)影響
當空氣不分級進入爐膛時，降低過量空氣系數(shù)，在一定程度上會起到限制反應區(qū)內氧濃度的止的，因而對NOx的生成有明顯的控制作用，采用這種方法可使NOx的生成量降低15%-20%。但是CO隨之增加，燃燒效率下降。當空氣分級進入時，可有效降低NOx排放量，隨著一次風量減少，二次風量增，N被氧人的速度降低，NOx的排放量也相應下降。
(3)、鍋爐燃燒溫度影響
燃燒溫度對NOx排放量的影響已取得共識，即隨著爐內燃燒溫度的提高，NOx排放量上升。
(4)、鍋爐負荷率影響
通常情況下，增大負荷率，增加給煤量，燃燒室及尾部受熱面處的煙溫隨之增高，揮發(fā)分N生成的NOx隨之增加。
10、控制NOx的措施有那些?
答：有關NOx的控制方法從燃料的生命周期的三個階段入手，即燃燒前、燃燒中和燃燒后。當前，燃燒前脫硝的研究很少，幾乎所有的研究都集中在燃燒中和燃燒后的NOx控制。所以在國際上把燃燒中NOx的所有控制措施統(tǒng)稱為一次措施，把燃燒后的NOx控制措施稱為二次措施，又稱為煙氣脫硝技術。
目前普遍采用的燃燒中NOx控制技術即為低NOx燃燒技術，主要有低NOx燃燒器、空氣分級燃燒和燃料分級燃燒。應用在燃煤電站鍋爐上的成熟煙氣脫硝技術主要有選擇性催化還原技術(SCR)、選擇性非催化還原技術以(SNCR)及SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術。
11、什么是低氮燃燒技術
答：對NOx的形成起決定作用的是燃燒區(qū)域的溫度和過量空氣量。因此，低NOx燃燒技術就是通過控制燃燒區(qū)域的溫度和空氣量，以達到阻止NOx生成及降低其排放的目的。目前常用的低NOx燃燒技術有如下幾種：
(1)燃燒優(yōu)化：通過調整鍋爐燃燒配風，控制NOx排放的一種實用方法。它采取的措施是通過控制燃燒空氣量、保持每只燃燒器的風粉(煤粉)比相對平衡及進行燃燒調整，使燃料型NOx的生成降到低，從而達到控制NOx排放的目的。
(2)空氣分級燃燒技術：是目前應用較為廣泛的低NOx燃燒技術，它的主要原理是將燃料的燃燒過程分段進行。該技術是將燃燒用風分為一、二次風，減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量(一次風)，提高燃燒區(qū)域的煤粉濃度，推遲一、二次風混合時間，這樣煤粉進入爐膛時就形成了一個富燃料區(qū)，使燃料在富燃料區(qū)進行缺氧燃燒，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃燒產(chǎn)生的煙氣再與二次風混合，使燃料完全燃燒。
(3)低NOx燃燒器：將前述的空氣分級及燃料分級的原理應用于燃燒器的設計，盡可能的降低著火區(qū)的氧濃度和溫度，從而達到控制NOx生成量的目的，這類特殊設計的燃燒器就是低NOx燃燒器，一般可以降低NOx排放濃度的30～60%。
此外，還有燃料分級燃燒、煙氣再循環(huán)等技術對NOx進行控制。近幾年投運的大型機組，特別是超臨界、超超臨界機組基本都采用了低氮燃燒技術，較好的控制了NOx的排放濃度。而早些年投運的機組，NOx排放濃度相對較高。由于我國對環(huán)保的要求越來越高，對氮氧化物排放的限制將越來越嚴格，因此國內一些大型鍋爐廠和一些工程公司等對低氮燃燒技術進行了較多的研究，特別是在已運行的機組上如在一些已運行的電站鍋爐上實施低氮燃燒改造的試驗和工程應用。實施低氮燃燒改造基本上是通過采用空氣分級、高位燃盡風、濃淡燃燒器和空氣濃淡分布技術、降低燃燒器區(qū)域熱負荷等技術來實現(xiàn)對NOx的有效控制。
12、上鍋廠低NOx燃燒技術有什么特點?
答：在燃燒過程中降低NOx的生成的主要手段是采用分級燃燒，降低燃燒區(qū)域的氧濃度和降低火焰溫度。上鍋低NOx燃燒技術設計的基本理念是將低過量空氣燃燒、空氣分級燃燒和特殊設計的低NOx燃燒器相結合，在揮發(fā)氮物質形成時、非常關鍵的早期燃燒階段中將O2降低，從而達到它把整個爐膛內分段燃燒和局部性空氣分段燃燒時降低NOx的能力結合起來，在初始的富燃料條件下促使揮發(fā)氮物質轉化成N2，因而達到大幅度降低NOx排放的目的。
上鍋低NOx燃燒技術在燃用設計煤種的情況下，機組負荷BMCR工況下鍋爐的NOx排放濃度保證值可達到不超過200mg/Nm3(O2=6%);機組負荷大于60%BMCR工況下鍋爐的NOx排放濃度保證可達到不超過250mg/Nm3(O2=6%)。
