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IMA-SCR脱硝技术介绍
浏览: 发布日期:2017-01-25
一、脱硝的意义
1、NOx的产生机理:
NOx主要包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等化合物,其中最重要的是NO和NO2。烟气中的NO约占90%左右,排入大气后部分再氧化成NO2,故研究NOx的生成机理,主要是研究NO的生成机理。
NO的生成形式有燃料型、温度型和快速温度型三种。
1、热力型NOx,它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOx。
  2、快速型NOx,是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如HC等反应生成的NOx。
  3、燃料型NOx,它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。
  这三种类型的NOx,其各自的生成量和煤的燃烧温度有关,在电厂锅炉中燃料型NOx 是最主要的,其占NOx总量的60~80%,热力型其次,快速型最少。
2、NOx的危害:
NO相对无害,但NO极易被进一步氧化成NO2,而NO2是一种氧化剂对人体有毒害作用,可引起呼吸疾病(如咳嗽和咽喉痛),如再加上NO2的影响则可加重支气管炎、哮喘病和肺气肿。NO2在强阳光照射下与挥发性有机物之间的光化学反应产生臭氧、过氧乙酰硝酸酯等更强的氧化剂,对眼晴有强烈的刺激作用,对健康影响很大。
NOx可以通过皮肤接触和摄入被污染的食品进入消化道,对人体造成危害,也可以通过呼吸道吸入人体,给人体造成更为严重的伤害。危害主要有:
(1)NOx对人体的致毒作用,危害最大的是NO2,主要影响呼吸系统,可引起支气管炎和肺气肿等疾病;
(2)NOx对植物的损害;
(3)NOx是形成酸雨、酸雾的主要污染物;
(4)NOx与碳氢化合物可形成光化学烟雾;
5)NOx参与臭氧层的破坏。
燃煤锅炉排放的烟气中含有SO2、NOx和粉尘等多种有害成份,其中氮氧化物(NOx)是重点控制的污染物之一。
二、脱硝的常见方法
1、脱硝方法
NOx的治理技术可分为燃烧的前处理、燃烧方式的改进及燃烧的后处理三种。
(1)燃烧前的处理:通过脱氮,减少燃料中的含氮量,从而减少燃烧过程NOx的生成量
(2)燃烧技术的改进:有低氧燃烧、排气循环燃烧、注入蒸汽或水、二级燃烧、分段燃烧、降低空气比和浓差燃烧。其中,效果最好的是二级燃烧和浓差燃烧。
(3)燃烧的后处理也就是对燃烧产生的含NOx的烟气(尾气)进行处理的方法,即烟气脱硝。
2、常见烟气脱硝方法及比较
  适用性及特点 特点 脱除率 投资费用
SCR 在特定催化剂作用下,用氨或其它还原剂选择性地将NOx还原为N2 和H2O。
适合排气量大,连续排放源
二次污染小,净化效率高,技术成熟;设备投资高,关键技术含量高 80%~90%
SNCR 用氨或尿素类物质使NOx 还原为N2 和H2O。适合排气量大,连续排放源 不用催化剂,设备和运行费用少;NH3用量大,二次污染,难以保证反应温度和停留时间 30%~60% 较低
液体吸收法 先用氧化剂将难溶的NO 氧化为易于被吸收的NO2,再用液体吸收剂吸收。
处理烟气量很小的情况下可取
工艺设备简单、投资少,收效显著,有些方法能回收NOx;效率低,副产物不易处理,目前常用的方法不适于处理燃煤电厂烟气 效率低 较低
微生物法 适用范围较大 工艺设备简单、能耗及处理费用低、效率高、无二次污染;微生物环境条件难以控制,仍处于研究阶段 80%
活性炭
吸附法
排气量不大 同时脱硫脱硝,回收NOx和SO2,运行费用低;吸收剂用量多,设备庞大,一次脱硫脱硝率低,再生频繁 80%~90%
电子束法(等离子体法) 适用范围较大用电子束照射烟气,生成强氧化性OH 基、O 原子和NO2,这些强氧化基团氧化烟气中的二氧化硫和氮氧化物,生成硫酸和硝酸,加入氨气,则生成硫硝铵复合盐。 同时脱硫脱硝,无二次污染;运行费用高,关键设备技术含量高,不易掌握。 85%
3SCR法简介
在含氧气氛下,还原剂优先与废气中NO反应的催化过程称为选择性催化还原。以NH3作还 原剂,V2O5-TiO2为催化剂来消除固定源(如火力发电厂)排放的NO的工艺已比较成熟。
    也是目前唯一能在氧化气氛下脱除NO的实用方法。
在理想状态下,此法NO脱除率可达90%以上,但实际上由于NH-3量的控制误差而造成的二次污染等原因,使得通常的脱除率仅达65%~80%。性能的好坏取决于催化剂的活性、用量以及NH3与废气中的NOx的比率。
    NH3-SCR消除NO的方法已实现工业化,且具有反应温度较低(573~753K)、催化剂不含贵金属、寿命长等优点。
但也存在明显的缺点:
(1)由于使用了腐蚀性很强的NH3或氨水,对管路设备的要求高,造价昂贵;
(2)由于NH3的加入量控制会出现误差,容易造成二次污染;
(3)易泄漏,操作及存储困难,且易于形成(NH4)2SO4;
(4)这个过程只能适用于固定污染源的净化,难以解决如汽车发动机等移动源产生的NO消除问题。
三、催化还原反应原理:
催化还支原法是在催化剂作用下,利用还原剂将氮氧化物还原为氮气。
依据还原剂是否与O2发生反应,将催化还原法分为选择性催化还原法和非选择性还原法。
选择性催化还原法通常用NH3作为还原剂,在铂或非重金属催化剂的作用下,在较低温度条件下,NH3有选择地将废气中的NOX还原为N2,而基本上不与氧发生反应,从而避免了非选择性还原法的一些技术问题。不仅使用的催化剂易得,选择余地大,而且还原剂的起燃温度低,床温低,从而有利于延长催化剂寿命和降低反应器对材料的要求。选择性催化还原法主要用于硝酸生产、硝化过程、金属表面的硝酸处理、催化剂制造等非燃烧过程产生的NOX废气,目前已用于净化燃烧烟气中的NOX。
2、反应原理
(1)、在温度较低时,在反应器中NH3与废气中的NO2、NO在催化剂的作用下发生反应,反应式如下:
6NO+4NH3→5N2+6H2O…………………………………………… (1)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O…………………………………………  (2)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O………………………………………… (3)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O…………………………………………(4)

在一般的选择性催化还原工艺中,反应温度常控制在300度,因为温度超过350度,会发生下列副反应。
2NH3=N2+3H2
4NH3+5O2=4NO+6H2O
选择合适的催化剂,可以降低副反应4NH3+3O2=2N2+6H2O的速率。
(2)、副反应
SCR方式的不良副反应为SO2的氧化反应和NH3与SO3反应生成NH4 HSO4。
副作用方程式
SO2 + 1/2 O2 → SO3
NH3 + SO3 + H2O → NH4 HSO4
SO2的氧化反应随着温度的升高而加剧,同时催化剂对此反应具有催化作用。一般450℃为设计极限。
NH3与SO3的反应随着烟气温度的降低而加剧,NH4 HSO4为粘性物质,会堵塞催化剂孔隙,降低其活性,同时还会对下游设备如空预器,除尘器等造成危害。



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