由于人類生產(chǎn)和生活活動產(chǎn)生的達(dá)上萬噸,但是,由于人為排放的NO,濃度高,排放多集中在城市,工業(yè)區(qū)等人口擁密的地區(qū),因而造成的危害更大,人類活動(包括生產(chǎn)和生活)產(chǎn)生的NO2,由燃料燃燒產(chǎn)生的約占90%以上,如電廠鍋爐、各種工業(yè)爐窯,機(jī)動車及其他內(nèi)燃機(jī)中燃料高溫燃燒時、參與燃燒的空氣中的N2和氧生成NO2,燃料中含氮有機(jī)物氧化也生成NO2。
NOx的危害還在于它能與碳?xì)浠衔镌谔栒丈湎掳l(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng),而生成光化學(xué)煙霧,第二是產(chǎn)生酸雨,第三是存在于平流層中的NOx對臭氧層有破壞作用,第四是對人體的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生剌激作用,甚致發(fā)生支氣管炎,使農(nóng)作物減產(chǎn),樹木枯死,金屬損壞等。
脫硫脫硝一般分為燃料燃燒前脫硫脫硝,燃燒中脫硝(低NOx燃燒技術(shù)),燃燒后脫硫脫硝(也就是煙氣脫硫脫硝)。現(xiàn)在工業(yè)上主要指燃燒中脫硝、燃燒后脫硫脫硝,燃燒中脫硝主要是通過控制燃燒溫度、空氣濃度、燃料在燃燒器內(nèi)的停留時間來降低熱力型NOx;燃燒后脫硫脫硝也就是脫除排放煙氣中的SO2和NOx,其中NOx主要以NO為主(煙氣溫度較高,NO占95%以上)。
脫硝:為防止鍋爐內(nèi)煤燃燒后產(chǎn)生過多的NOx污染環(huán)境,應(yīng)對煤進(jìn)行脫硝處理。分為燃燒前脫硝、燃燒過程脫硝、燃燒后脫硝。根據(jù)水泥窯氮氧化物的形成機(jī)理,水泥窯降氮減排的技術(shù)措施有兩大類:一類是從源頭上治理。另一類是從末端治理。
脫硝現(xiàn)在比較熱門的主要是選擇性催化脫硝(NH3-SCR),把煙氣中的NOx在催化劑上利用還原劑NH3還原為N2,分為中高溫和低溫,中溫NH3-SCR(釩基SCR催化劑)在電廠中一般布置在省煤器之前,低溫NH3-SCR目的是想布置在濕法脫硫之后,目前還存在困難。另外還有選擇性非催化還原(NH3-SNCR),反應(yīng)溫度較高,在900-1100℃之間,一般布置在爐膛內(nèi)。
SCR(Selective Catalytic Reduction)——選擇性催化還原法脫硝技術(shù)是目前國際上應(yīng)用廣泛的煙氣脫硝技術(shù),在日本、歐洲、美國等國家地區(qū)的大多數(shù)電廠中基本都應(yīng)用此技術(shù),它沒有副產(chǎn)物,不形成二次污染,裝置結(jié)構(gòu)簡單,并且脫除效率高(可達(dá)90%以上),運行可靠,便于維護(hù)等優(yōu)點。
SCR 技術(shù)原理為:在催化劑作用下,向溫度約280~420 ℃的煙氣中噴入氨,將NOX 還原成N2 和H2O。
NH3與煙氣均勻混合后一起通過一個填充了催化劑(如V2O5-TiO2)的反應(yīng)器,NOx與NH3在其中發(fā)生還原反應(yīng),生成N2和H2O。反應(yīng)器中的催化劑分上下多層(一般為3—4層)有序放置。
SCR主要結(jié)構(gòu)部件介紹:
SCR又稱選擇性催化還原系統(tǒng),是控制柴油機(jī)排放后處理的一種裝置,它是將尿素溶液噴射到排氣管中,尿素溶液由于高溫分解為氨NH3和二氧化碳CO2,NH3又在催化劑作用下,與氮氧化合物NO、NO2發(fā)生反應(yīng),將其還遠(yuǎn)程氮氣和水。選擇性催化還原系統(tǒng)(在催化劑的作用下)公式圖如下:
4NH3+4NO+O2=4N2+4H2O
4NH3+6NO=5N2+6H2O
8NH3+6NO2=7N2+12H2O
SCR系統(tǒng)中的主要部件有:尿素罐、尿素加料裝置、尿素噴嘴、催化器、排氣溫度傳感器、氮氧化物傳感器。
尿素罐用于儲存工業(yè)尿素,主要由尿素罐液位、尿素濾清器和溫度傳感器組成,分別監(jiān)測尿素罐的液位及溫度。
SCR體系的優(yōu)勢在于無需對機(jī)體進(jìn)行改動,即國Ⅲ電控裸機(jī)加上SCR便可實現(xiàn)國Ⅳ;策念耐久性好;燃油經(jīng)濟(jì)性好;對燃油和機(jī)油品味要求低;無催化器擁塞風(fēng)險;技能升級連續(xù)性較好;維護(hù)費用低。
快速SCR反應(yīng):
當(dāng)增加NOx中NO2比例時,可以提高低溫條件下HN3-SCR對NOx的轉(zhuǎn)化效率
4NH3+2NO+2NO2=SN2+6H2O
該反應(yīng)可在較低溫度下進(jìn)行。當(dāng)NO與NO2濃度之比為1時將會有的NOx催化轉(zhuǎn)化效率。該反應(yīng)在低溫條件下的反應(yīng)速率是標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)的17倍,故被稱為快速SCR反應(yīng)。因此,在SCR反應(yīng)器上游安裝預(yù)氧化裝置將一部分NO氧化成NO2,可解決低溫情況下NH3-SCR法NOx轉(zhuǎn)化效率低的問題。
標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng):
柴油機(jī)的NOx排放中NO占90%以上,NH3-SCR催化還原反應(yīng)主要反應(yīng)如下:
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O
反應(yīng)被成為標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng),該反應(yīng)是NH3催化還原NOx的主要反應(yīng),在溫度300℃-400℃時有較高的反應(yīng)效率。
催化器是SCR尾氣后處理系統(tǒng)的另一個核心單元,兼有尾氣催化轉(zhuǎn)化和噪音消聲兩個功能。其內(nèi)部由三個獨立、串聯(lián)的單元組成,分別是氨擴(kuò)散器、催化轉(zhuǎn)化器和消聲器。擴(kuò)散器的主要作用是將氨均勻地分布到催化器表面。氮氧化物與氨經(jīng)催化還原反應(yīng)生成無害的氮氣和水的過程則是在催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)完成的。催化器還對燃油提出了特殊的要求,即必須使用符合規(guī)定的低硫含量的燃油。若使用高硫含量的燃油,則其產(chǎn)生的硫化氨會污染催化轉(zhuǎn)化器表面,這樣就會降低催化器尤其是在低溫時的轉(zhuǎn)化效率。在催化器的入口和出口處各安裝有一只溫度傳感器,用于檢測催化器是否達(dá)到要求的溫度來保證催化還原反應(yīng)的正常進(jìn)行,并據(jù)此確定需要噴入的尿素量。催化還原反應(yīng)所要求的低排氣溫度為200℃。催化器上還安裝有一只氮氧化物傳感器,用于監(jiān)測經(jīng)過催化器處理后尾氣中氮氧化物的排放是否達(dá)到預(yù)期的效果。
該方法存在以下問題:催化劑的時效和煙氣中殘留的氨。為了增加催化劑的活性,應(yīng)在SCR前加高校除塵器。殘留的氨與SO2反應(yīng)生成(NH4)2SO4,NH4HSO4 很容易對空氣預(yù)熱器進(jìn)行粘污,對空氣預(yù)熱器影響很大。在布置SCR的位置是我們應(yīng)多反面考慮該問題。