SCR在鏈條爐脫硝上的應(yīng)用

劉文山

摘 要：鏈條爐是一種層燃爐，并且這種層燃爐的機械化程度也達到了較高的水平，但是燃燒過程中會產(chǎn)生氮氧化物，氮氧化物處理不徹底會造成一定的環(huán)境污染。目前，SCR工藝在鏈條爐脫硝上的應(yīng)用較為普遍，SCR工藝處理氮氧化物的效率也較高，SCR工藝的應(yīng)用也可以達到節(jié)能減排的效果。隨著科技的發(fā)展，SCR脫硝裝置也相應(yīng)得到了優(yōu)化，但是脫硝裝置的設(shè)計過程中也應(yīng)該綜合考慮各種因素，在最大程度上將SCR脫硝裝置加以完善。

關(guān)鍵詞：SCR工藝;鏈條爐脫硝;裝置優(yōu)化;節(jié)能減排

隨著國家對環(huán)境維護以及工業(yè)污染處理的重視程度的逐漸加大，政府對工業(yè)上鏈條爐脫硝效率的要求也逐漸提高，SCR工藝在鏈條爐脫硝上的應(yīng)用也要根據(jù)燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣與飛塵的特點來進行相應(yīng)的裝置設(shè)計，包括催化劑的選擇和運行系統(tǒng)的設(shè)計等，完善的裝置設(shè)計可以提高SCR催化劑的利用率和催化效果，并且保障整個系統(tǒng)后期的穩(wěn)定運行，從而提高鏈條爐脫硝效率。

1 SCR催化劑

1.1 SCR催化劑的選擇

SCR脫硝工藝中，SCR催化劑起著關(guān)鍵作用，目前工業(yè)上常用的催化劑是以二氧化硅為載體，并且二氧化硅多采用多孔結(jié)構(gòu)，然后多孔二氧化硅表面分布有五氧化二釩和三氧化鎢，這兩種物質(zhì)都起到催化作用，并且在催化過程中催化劑與煙塵的接觸面積大小也影響了催化劑的催化效率，因此增大催化劑與煙塵的接觸面積是提高催化劑催化效率必須要考慮的問題。催化劑的種類很多，每一種催化劑也都有其自身的特定型號與結(jié)構(gòu)，而在催化劑的選擇過程中也要考慮到SCR反應(yīng)器出口容許通過的最大未反應(yīng)氨氣含量，而且催化劑催化過程中會產(chǎn)生硫酸氨，硫酸氨可能會造成催化設(shè)備的腐蝕，因此也要考慮到催化系統(tǒng)中二氧化硫的氧化率，將氧化率控制在一定范圍內(nèi)，防止二氧化硫氧化率超過氧化上限。另外，催化劑在發(fā)揮作用后一段時間里可能會失活，失去催化劑本身的催化作用。因此，在催化劑的催化過程中要控制系統(tǒng)中的煙塵量，并且選擇所用催化劑之前要考慮到催化劑的失活速率，以此來對催化時間進行預(yù)期計算，來更好地掌握所用催化劑的老化速率。當然，在催化劑催化過程中，處理的煙塵顆粒的大小也會影響催化劑的活性，因為顆粒直徑小的煙塵會附著在催化劑表面，形成催化劑的表面沉淀，從而影響了催化劑表面的通道開放，也相應(yīng)地減少了催化劑的表面積，減少了催化劑與煙塵的接觸面積，降低了催化劑的活性以及催化效率。

1.2 SCR催化劑中毒

煙塵是在催化過程中與催化劑接觸時間最長的物質(zhì)，因此煙塵對催化劑所產(chǎn)生的物理與化學(xué)作用可能會導(dǎo)致催化劑性位活性的降低。一般來說，催化過程中會產(chǎn)生氣溶膠，氣溶膠屬于堿金屬，而這些堿金屬氣溶膠也會附著在催化劑的表面，并且會轉(zhuǎn)移至催化劑的有效活性位，進而也影響了催化過程中的循環(huán)催化作用，也就引起了SCR催化劑的化學(xué)中毒。

催化過程中煙塵的沉積也會造成SCR催化劑的中毒，煙塵的沉積也使催化劑的表面孔結(jié)構(gòu)被堿金屬氣溶膠阻塞，催化劑的物理中毒也是由催化劑表面孔結(jié)構(gòu)被阻塞而引起的，顆粒直徑過小的煙塵顆粒極易引起催化劑表面孔結(jié)構(gòu)的阻塞，另外，在催化過程中，某些金屬氧化物會和煙塵中的二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)相應(yīng)金屬的硫酸鹽，當然，三氧化硫也會與金屬氧化物反應(yīng)生成硫酸鹽，這些硫酸鹽會阻塞催化劑表面通向活性位的通道，大大降低了催化劑的催化活性與催化效率。催化劑的物理中毒或化學(xué)中毒是由催化劑表面孔結(jié)構(gòu)被堵塞引起的，因此催化劑的孔隙結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有高孔隙率，另外，不同大小的表面孔結(jié)構(gòu)可以有效防止煙塵顆粒對催化劑表面孔的堵塞和硫酸鹽在催化劑表面的沉淀。

另外，砷中毒也是造成催化劑失活的重要原因，在燃燒過程中氣態(tài)砷會通過化學(xué)反應(yīng)以氣態(tài)砷化物的形式釋放出來，氣態(tài)砷化物在催化過程中會不斷聚積，這也會堵塞催化劑活性位的通道。燃燒爐的形狀會影響氣態(tài)砷的濃度，一般來說，液態(tài)的排渣鍋爐，也就是所說的旋風鍋爐，會提高煙塵中的含砷量，而固態(tài)排渣鍋爐在后期時通常絕大部分的氣態(tài)砷都進入到了底部排渣中，另外，在這個過程中，煙塵中所含有的氣態(tài)砷會與鍋爐中的氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這一化學(xué)反應(yīng)會影響氣態(tài)砷進入底部排渣的含量。砷中毒也會導(dǎo)致催化劑活性位通道的堵塞，降低催化劑的催化效率。

2 煙塵在空氣預(yù)熱器入口的速度分布

SCR反應(yīng)器出口煙道中含有空氣預(yù)熱器入口，如果反應(yīng)器出口煙道的設(shè)計不合理就有可能導(dǎo)致煙塵在空氣預(yù)熱器入口的速度的不均勻分布，這也有可能會形成灰塵沉積現(xiàn)象，而且速度不均勻分布導(dǎo)致的灰塵沉積現(xiàn)象在低負荷條件下較為明顯，灰塵沉積現(xiàn)象有可能會導(dǎo)致空氣預(yù)熱器入口被堵塞，影響空氣預(yù)熱器設(shè)備的運行，因此，煙氣調(diào)節(jié)裝置以及恰當?shù)臒煹涝O(shè)計就非常重要，如下圖所示。工業(yè)可以采用CFD模擬來進行煙氣調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計，增加垂直導(dǎo)流板的數(shù)量，控制安裝垂直導(dǎo)流板的位置，垂直導(dǎo)流板可以通向空氣預(yù)熱器的垂直入口處，進而達到控制煙塵進入空氣預(yù)熱器速度的目的。合理的煙道設(shè)計可以有效清除反應(yīng)器出口的煙道灰塵沉積，調(diào)節(jié)煙塵在空氣預(yù)熱器入口處的速度分布，使空氣預(yù)熱器入口在低負荷條件下也不易出現(xiàn)灰塵沉積現(xiàn)象。另外，導(dǎo)流板的安裝也能有效清除反應(yīng)器底部的大量積灰，并且通過優(yōu)化的煙道設(shè)計調(diào)節(jié)煙塵在空氣預(yù)熱器入口處的速度分布，保障空氣預(yù)熱器的穩(wěn)定運行，負荷的增加也會減少煙塵沉積量，但是擋板門處的煙塵沉積卻不能被有效清除，合理的煙道設(shè)計以及煙氣調(diào)節(jié)裝置可以有效解決煙塵沉積問題，保障系統(tǒng)的正常運行，提高反應(yīng)器的脫硝率。

3 整體系統(tǒng)的流場模擬

催化劑發(fā)揮最大催化活性與系統(tǒng)的正確合理設(shè)計是密切相關(guān)的，工業(yè)可以采用實體模擬作為工具進行系統(tǒng)的模擬，在系統(tǒng)流場模擬過程中，可以利用計算機技術(shù)來進行更為有效的計算機流體力學(xué)模擬，流場模擬可以確保煙塵在空氣預(yù)熱器入口處的速度達到均勻分布，也可以在有有限的空間和資源里對煙道設(shè)計以及煙氣調(diào)節(jié)裝置進行更進一步的優(yōu)化。當然，鍋爐內(nèi)煙氣的流動與垂直流動方向之間的夾角也可以影響脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，流場模擬可以讓煙氣流動垂直流動方向之間的夾角達到最小偏差，在最大程度上消除反應(yīng)器底部的煙塵沉積，也能強化鍋爐內(nèi)煙氣與氣體氨的混合效果，實體模擬在流場模擬中的應(yīng)用也可以在很大程度上減少催化劑過程中的磨損，有效防止煙塵沉積造成催化劑活性位通道的堵塞，提高催化劑的催化活性，提高脫硝系統(tǒng)核心部分的催化效率。另外，流場模擬也能有效找出脫硝系統(tǒng)中存在的技術(shù)問題，從而對流量控制裝置進行反復(fù)優(yōu)化，開發(fā)系統(tǒng)運行過程中需要的技術(shù)裝置，在最大程度上提高推銷裝置的脫硝效率。

4 結(jié)語

SCR工藝在鏈條爐脫硝中的應(yīng)用需要綜合考慮到多種因素，催化劑的選擇，煙氣調(diào)節(jié)裝置的優(yōu)化，煙道設(shè)計的合理性以及實體模型流場模擬都是需要考慮到的問題，完善合理的脫硝裝置系統(tǒng)設(shè)計可以大大提高SCR工藝脫硝的效率，達到最大程度上的節(jié)能減排效果，有效解決工業(yè)生產(chǎn)中的煙塵排放問題。而且SCR工藝在鏈條爐脫硝上的應(yīng)用也需要進一步實踐，脫硝裝置也需要進一步優(yōu)化，以此來更好地應(yīng)用于鏈條爐的脫硝中，提高鏈條爐的脫硝效率。

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