影響選擇性催化還原（SCR）法脫硝效率的因素

摘 要：隨著我國(guó)對(duì)電能需求的不斷增加，電力生產(chǎn)的任務(wù)越來越重。火力發(fā)電站生產(chǎn)過程中，燃煤鍋爐生成大量的氮氧化物。為了有效降低這些氣體直接排放對(duì)空氣造成污染，煙氣脫硝被國(guó)家強(qiáng)制要求執(zhí)行。選擇性催化還原法煙氣脫硝被大量采用，用來有效對(duì)其排放的煙氣進(jìn)行脫硝處理。然而影響脫硝效率的因素較多，有必要對(duì)這些因素進(jìn)行認(rèn)真的探討。

關(guān)鍵詞：選擇性催化還原法；脫硝；效率

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）35-0223-01

1 前 言

在電廠燃煤鍋爐生產(chǎn)的過程中，需要排放大量的氮氧化物，如果直接進(jìn)行排放，將會(huì)對(duì)空氣造成非常大的污染，容易造成化學(xué)煙霧、酸雨等生態(tài)災(zāi)害。為了有效降低這些氮氧化物，可以采用空氣燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒和煙氣再處理技術(shù)等手段。煙氣脫硝技術(shù)是一種常用的氮氧化物處理技術(shù)，其主要分為催化還原和非催化還原。非選擇性催化還原的脫硝效率較低、反應(yīng)溫度范圍窄、對(duì)設(shè)備的腐蝕強(qiáng)度高、控制難度高等特點(diǎn)，通常用于小型電廠鍋爐的改造中。選擇性催化還原的脫銷效率更高、技術(shù)也更加成熟，因此其應(yīng)用范圍更加廣泛[1]。

2 選擇性催化還原法脫銷的基本原理

如果向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或者其它還原劑，在催化劑的作用下，這些氮氧化物就會(huì)優(yōu)先被還原為水和氮?dú)?。我們?jīng)常選擇的還原劑為液氨、氨水、尿素，他們都是各種形式的氨，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，都需要在催化劑的作用下與煙氣進(jìn)行混合接觸，使其中的NOX發(fā)生還原反應(yīng)。

3 影響脫硝效率的主要因素

煙氣回收系統(tǒng)往往比較復(fù)雜，對(duì)回收效率產(chǎn)生影響的因素往往較多，其主要包括煙氣流量、煙氣溫度、入口氮氧化物濃度、飛灰特性、催化劑的結(jié)構(gòu)類型、氨氮的摩爾比、與煙灰的接觸時(shí)間等等。

煙氣流量的影響。通過大量的實(shí)驗(yàn)表明，在保持其它實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，隨著煙氣量的不斷增加，氮氧化物的脫除率是逐漸降低的。這表明，在一定的條件下，催化還原的脫硝效率往往是有限的，如果煙氣的流量過快，很多氮氧化物會(huì)來不及反應(yīng)，就會(huì)被排放到空氣當(dāng)中[2]。

煙氣溫度的影響。煙氣溫度對(duì)脫硝效率的影響比較明顯，在一定的溫度范圍內(nèi)，脫硝效率隨著溫度升高會(huì)增加，這主要是由于溫度越高催化劑的活性提高造成的。但是如果溫度超過了400℃，則隨著溫度的升高，脫硝效率反而會(huì)降低，這主要由兩方面的原因造成的。溫度如果過高，催化劑就會(huì)發(fā)生燒結(jié)的現(xiàn)象，這會(huì)大大影響催化劑的活性。一旦溫度超過400℃，催化劑就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的燒結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致晶粒成倍增加，催化劑中微孔的數(shù)量會(huì)顯著降低，嚴(yán)重影響其催化活性。此外，當(dāng)溫度超過399℃時(shí)，氨會(huì)轉(zhuǎn)化為氮氧化物，反應(yīng)向逆方向進(jìn)行[3]。

煙氣中氮氧化物濃度的影響。通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)表明，在保持其它條件不變的情況下，脫硝率隨著氮氧化物濃度的增加會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。當(dāng)其濃度小于一定值時(shí)，可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，但一旦超過該值，脫硝效率會(huì)呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，這要求我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該保持一定的系統(tǒng)余量，避免出現(xiàn)大量氮氧化物排放超標(biāo)的情況。

在煙氣當(dāng)中往往含有加多的飛灰，在煙氣自上而下流過催化劑的過程中，煙氣中較大的顆粒就會(huì)對(duì)催化劑造成較大的磨損。其磨損程度主要受燃煤灰分大小、灰粒物理特性、催化劑孔道和催化劑積灰情況的影響。此外，催化劑的磨損還受到飛灰流動(dòng)速度的影響，如果其速度越快，對(duì)催化劑的磨損也就越快。此外煙氣中的氧化硅、堿金屬、氧化砷會(huì)造成催化劑的中毒。飛灰中的氧化鈣成分會(huì)和三氧化硫進(jìn)行反應(yīng)形成硫酸鈣，它們會(huì)覆蓋在催化劑表面，從而對(duì)催化劑的活性造成較大的影響。如果飛灰中含有堿金屬，其會(huì)直接和催化劑中的活性成分進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)催化劑的活性造成非常大的影響。此外，由于堿金屬在水環(huán)境下的活性更強(qiáng)，其會(huì)直接通過水環(huán)境溶解到催化劑材料上，因此應(yīng)該避免水蒸氣在催化劑表面的凝結(jié)。煙氣中的三氧化二砷會(huì)和催化劑中的活性成分進(jìn)行反應(yīng)，會(huì)直接導(dǎo)致催化劑活性的大大降低。為了有效避免該問題的出現(xiàn)，應(yīng)該向爐膛內(nèi)添加一部分的石灰石，他們會(huì)有效消除煙氣中的三氧化二砷。

催化劑的類型。目前市場(chǎng)上的催化劑主要分為三種：蜂窩式、板式、波紋式。其中蜂窩式催化劑最為常見，其主要成分為TIO2、V2O5、WO3等。平板式催化劑主要以金屬板為骨骼材料，以Ti-Mo-V為主要的活性成分，其采用雙側(cè)擠壓的方式讓催化劑和板材進(jìn)行結(jié)合，屬于非均質(zhì)的催化劑?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一種紋波式催化劑，其集中了蜂窩式催化劑和板式催化劑的優(yōu)點(diǎn)，采用玻璃纖維作為基板，其材質(zhì)更輕。這幾種催化劑都有各自的特點(diǎn)，紋波式催化劑由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其在綜合性能上要明顯好于其它兩者，但是其造價(jià)普遍較高。

脫硝率和停留時(shí)間之間的關(guān)系。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表面，隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，氨氮的摩爾比在0.6～1之間時(shí)，脫硝效率隨著氨氮摩爾比的增加而增加，當(dāng)氨氮摩爾比接近于1時(shí)，脫硝效率就會(huì)處于一個(gè)比較穩(wěn)定的值[4]。

氨和氮氧化物的混合程度對(duì)催化反應(yīng)的順利進(jìn)行有著非常直接的影響。如果氨氣不能在煙氣處理系統(tǒng)中，和煙氣進(jìn)行充分的混合接觸，就很難得到良好的氮氧化物處理效果。為了有效提高氨和氮氧化物的接觸效果，我們可以采用如下的方法：①有效提高注氨格柵噴射點(diǎn)的密度。②在煙道內(nèi)增設(shè)靜態(tài)混合器。③對(duì)煙道的形狀進(jìn)行有效的改進(jìn)，可以在煙氣轉(zhuǎn)向處安裝導(dǎo)流板。④有效對(duì)開口位置進(jìn)行優(yōu)化，可以采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬比較的方法，選擇位置參數(shù)最優(yōu)值。⑤可以對(duì)噴槍的形式進(jìn)行改良，根據(jù)不同的氮氧化物濃度，對(duì)噴嘴的噴氨量進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)前生產(chǎn)控制自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展非常迅猛，我們可以將該系統(tǒng)應(yīng)用到氮氧化物處理系統(tǒng)中，及時(shí)對(duì)氮氧化物的排放量進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)對(duì)各種工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)喪失活性的催化劑及時(shí)進(jìn)行更換。

4 結(jié) 語

利用選擇性催化還原法進(jìn)行脫硝，可以有效對(duì)電廠鍋爐煙氣排放中的氮氧化物進(jìn)行處理。為了進(jìn)一步提高脫硝的效率，一定要對(duì)影響脫硝效率的因素進(jìn)行針對(duì)研究，不斷對(duì)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，積極對(duì)自動(dòng)脫硝自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行利用，加強(qiáng)對(duì)催化劑的相關(guān)研究。

參考文獻(xiàn)

[1]肖 琨，欒 濤，程 林.層柱粘土催化劑在SCR煙氣脫硝中的應(yīng)用[J].能源環(huán)境保護(hù)，2007（02）：11～12.

[2]楊 競(jìng).電站鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)值模擬[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2016（12）：33～34.

[3]王世國(guó)，黃曉東.火電廠SCR脫硝催化劑的研究進(jìn)展[J].化工文摘，2009（05）：55～57.

[4]徐淑紅，楊劍斌.燃煤機(jī)組SCR脫硝催化劑的研究進(jìn)展[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014（07）：25～26.

收稿日期：2018-11-5