【摘要】该论文以SCR法脱硝为例,论述了火力发电厂烟气脱硝的一般原理,然后重点就脱硝系统建设、运行中容易出现的问题进行了详细的阐述,对运行控制的关键点进行了一一阐述。这些关键点主要包括:催化剂活性的控制、催化剂运行温度的控制、喷氨量的控制、NH3与烟气的混合、运行中的防爆等,并同时给出了预防和处理措施。

【关键词】烟气脱硝 运行

一、脱硝工艺一般性原理

氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的氮氧化物NOx有多种不同形式:N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5,其中NO和NO2是重要的大气污染物。我国氮氧化物的排放量中70%来自于煤炭的直接燃烧,电力工业又是我国的燃煤大户,因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。

研究表明,煤中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化而生成NOx。控制NOx排放的技术措施可分为一次措施和二次措施两类:一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量(如采用低氮燃烧器);二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除(如SCR)。

从NOX的生成机理来讲,其可以分为三类,即燃料型、热力型、快速型。

燃料型NOx(FuelNOx)产生位置在火焰锋面,由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度,在600-800℃时就会生成燃料型,它在煤粉燃烧NOx产物中占60-80%。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成,故燃料型的形成也由气相氮的氧化(挥发份)和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。其生成主要取决于空燃比,温度影响较小。

热力型(ThemalNOx)产生位置在燃烧后期,燃烧时空气中氮在高温下氧化产生。随着反应温度T的升高,其反应速率按指数规律增加。当T<1500℃时,NO的生成量很少,而当T>1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6-7倍。热力NO占15-25%另一种说法是1350℃以下时,很少,当温度达到1600℃时可占炉内总量的25-30%。控制方法:降低燃烧温度,降低氧气浓度。换句话说就是避免产生高温区域,降低高温区域的氧浓度,使燃烧在远离理论空气量的条件下进行,还有一条是缩短在高温区的停留时间。

瞬时反应型(快速型)(PromptNOx)产生位置在燃烧火焰,在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时,在反应区附近会快速生成NOx。由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N,再进一步与氧气作用以极快的速度生成,其形成时间只需要60ms,与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。氮氧化物都不占NOx的主要部分,不是主要来源。

烟气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少NOx排放的方法,应用较多的有选择性催化还原法(Selectivecatalyticreduction,以下简称SCR)和选择性非催化还原法(Selectivenon-catalyticreduction,以下简称SNCR)。其中,SCR的脱硝率较高。

对于SCR工艺,选择的还原剂有尿素、氨水和纯氨等多种还原剂(CH4、H2、CO和NH3),可以将NOx还原成N2,尤其是NH3可以按下式选择性地和NOx反应:

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

通过使用适当的催化剂,上述反应可以在200~450℃的范围内有效进行。在NH3/NOx为1(摩尔比)的条件下,可以得到80%~90%的脱硝率。在反应过程中,NH3有选择性地和NOx反应生成N2和H2O,而不是被O2所氧化。(4NH3+5O2→4NO+6H2O)

选择性反应意味着不应发生氨和二氧化硫的氧化反应过程。然而在催化剂的作用下,烟气中的一小部分SO2会被氧化为SO3,其氧化程度通常用SO2/SO3转化率表示。在有水的条件下,SCR中未参与反应的氨会与烟气中的SO3反应生成硫酸氢铵(NH4HSO4)与硫酸铵【(NH4)2SO4】等一些不希望产生的副产品。其副反应过程为:

2SO2+1/2O2→2SO3

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

原标题:SCR脱硝运行中存在的问题及预防 

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