燒結(jié)過程中氮氧化物的生成及SCR脫除技術(shù)分析

　　1：燒結(jié)過程中氮氧化物的生成

　　氮氧化物是指空氣中主要以一氧化氮和二氧化氮形式存在的氮的氧化物。其中占主要成分的是NO和NO2,一般將兩者統(tǒng)稱為以氮氧化物,用NOx表示。

　　鋼鐵廠燒結(jié)過程中的NOx主要來源于燒結(jié)過程中燃料的燃燒。一般情況下燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是NO和NO2,這二者統(tǒng)稱為NOx,在低溫條件下燃燒還會產(chǎn)生一定量的N2O。燃燒過程中生成NOx的種類和數(shù)量除了與燃料性質(zhì)相關(guān)外,還與燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等燃燒條件密切相關(guān)。

　　2：燃燒過程中降低NOx排放技術(shù)

　　降低燃燒過程中NOx排放技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的研究和應用。目前,降低NOx排放技術(shù)可以分為低NOx燃燒技術(shù)和煙氣處理降低NOx技術(shù)兩大類。通過NOx的生成機理可以發(fā)現(xiàn),燃燒條件對NOx的生成和排放有很大影響,適當調(diào)整燃燒條件,就有可能減少NOx的生成和排放。通過改變?nèi)紵龡l件來控制NOx生成的技術(shù)稱為低NOx燃燒技術(shù)。

　　3：選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)

　　采用改進燃燒技術(shù)來控制NOx的效果比較好,并且投資費用和運行費用都較低,但NOx降低率不高,一般不超過75%,要進一步降低NOx的排放,就須采用煙氣脫硝技術(shù)。煙氣脫硝技術(shù)按照脫除原理可以分為催化分解、催化還原、非催化還原、吸收法、吸附法、電子束法等,按照工作介質(zhì)可以分為干法和濕法兩種;SCR脫硝技術(shù)由于其效率高,選擇性強、經(jīng)濟性好等優(yōu)點在工業(yè)上應用較為廣泛,其應用范圍包括:電廠鍋爐,工業(yè)鍋爐,化工廠和鋼鐵廠等企業(yè)。SCR脫硝裝置現(xiàn)在得到越來越廣泛的應用。

　　3.1?SCR脫銷機理

　　目前對于固定源煙氣中NO的還原主要采用以NH3為還原劑的SCR方法。在沒有催化劑的條件下,NO與NH3的反應溫度區(qū)間在900℃～1100℃之間。通過使用催化劑,反應溫度大大降低,上述反應可在300℃～450℃之間進行。在有過量O2存在的條件下,在NH3/NO摩爾比為1的情況下,脫硝效率可以達到90%。

　　3.2?SCR反應機理

　　現(xiàn)在人們普遍認同在SCR反應中,NO通過下面反應生成N2:

　　4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

　　3.3?SCR催化劑

　　SCR常用有三種催化劑:貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑和沸石催化劑。貴金屬催化劑早在20世紀70年代就已經(jīng)開發(fā)出來,這種催化劑對NOx的選擇性非常有效,但同時這種催化劑對NH3的氧化也有催化作用,因此在SCR工藝中,貴金屬催化劑很快被金屬氧化物催化劑所取代,目前商業(yè)應用的一些貴金屬催化劑兼有NOx還原催化和CO氧化催化兩種功能。

　　目前,工業(yè)SCR中應用的催化劑主要是采用負載在TiO2上的V2O5-WO3或者V2O5-MoO3作為催化劑。

　　3.4?SCR反應過程主要步驟

　　(1)反應物NOx、NH3和O2等從煙氣中擴散至催化劑的外表面(外擴散)。

　　(2)反應物NOx、NH3和O2進一步向催化劑中的微孔表面擴散(內(nèi)擴散)。

　　(3)反應物NH3等在催化劑表面吸附(吸附)。

　　(4)反應物在催化劑表面活性進行反應,NO與NH3反應生成N2和H2O(表面化學反應)。

　　(5)反應生成物N2和H2O從催化劑表面上脫附到微孔內(nèi)(解吸附)。

　　(6)脫附下來的H2O和N2從微孔內(nèi)向外擴散到催化劑外表面(內(nèi)擴散)。

　　(7)H2O和N2從催化劑外表面擴散到主流氣體中被帶走(外擴散)。

　　研究表明SCR脫硝反應控制步驟為(3)和(4),NH3在催化劑表面的吸附是SCR反應的關(guān)鍵步驟。

　　3.5?SCR工藝流程

　　SCR脫硝反應系統(tǒng)在火電廠置于鍋爐之后,其布置方式有三種,即高溫高塵布置方式、高溫低塵布置方式以及低溫低塵布置方式;大多數(shù)工業(yè)上大多采用高溫高塵布置方式;后兩種方式因為運行困難、可靠性不高以及增加能源消耗等原因,現(xiàn)在一般不采用。

　　3.6?SCR工藝選擇

　　SCR脫硝工藝中常見的還原劑有液氨、尿素和氨水。還原劑不同,SCR脫硝工藝也會有所不同,尿素法是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解,然后將溶液泵送到水解槽中,通過熱交換器將溶液加熱至反應溫度后與水反應生成氨氣;氨水法,是將25％的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發(fā),形成氨氣和水蒸汽;純氨法是將液氨在蒸發(fā)器中加熱成氨氣,然后與稀釋風機的空氣混合成氨氣體積含量為5％的混合氣體后送入煙氣系統(tǒng)。

　　利用液氨作為還原劑的SCR脫硝系統(tǒng)由SCR催化反應器、氨儲存及供應系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、空氣供應及相關(guān)的測試控制系統(tǒng)等組成。

　　與以液氨為還原劑的SCR脫硝工藝比較,以尿素或氨水為還原劑的SCR工藝僅僅是氨氣的制備方式不同,其余部分均相同。

　　用氨水作為還原劑時,可以在安全方面較無水液氨得到較大改善。氨水儲罐可以設計成非耐壓型的錐頂罐,與無水液氨的耐壓儲罐相比,可以節(jié)約大量費用。同時由于氨水上方NH3的蒸氣壓力較無水液氨低得多,氨水運輸過程的安全性也大大增加。

　　3.7?SCR脫硝效率的主要影響因素

　　在SCR脫硝工藝中,影響脫NOx效率的主要因素使SV值、反應溫度、反應時間、催化劑性能、NH3/NOx摩爾比等。

　　4 結(jié)語

　　鋼鐵工業(yè)燒結(jié)工段是大氣的污染重要污染源,其煙氣粉塵治理須貫徹綜合治理的原則。改革工藝、采用先進的工藝及設備,努力降低能耗和原料消耗,以減少生產(chǎn)工藝廢氣的排放,這是減少廢氣排放的根本途徑之一。同時要采用節(jié)能的治理方法和設備,強化廢氣的治理、回收,大力開展綜合利用。燒結(jié)煙氣粉塵的治理須在充分了解粉塵顆粒特性、煙氣特性的基礎(chǔ)上全面考慮有關(guān)因素,通過技術(shù)經(jīng)濟指標分析做出合理的選擇。

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