SCR烟气脱硝效率影响因素及运行优化的探讨
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为：
Ｔ １ ：（ １ 一 Ｃ Ｎ ０ ／ Ｃ
反应速度 ；而当 Ｎ Ｈ ｄ Ｎ 摩 尔比增大到 一定程 度时 ，脱 硝效 率反而随着 Ｎ Ｈｄ Ｎ Ｏ 摩 尔比的增加而降低， 这是因为 Ｎ Ｈ 的投入量超过 了 ＮＨ 在催 化 剂表面吸附的动态平 衡容量，部分 Ｎｔ １ ３ 的氧化副反应的反应速率增大 ， 例 如在 ３ ５ ０ ℃以上 ＮＨ 氧化为 Ｎ Ｏ的副反应 ：
科 学 发 展
Ｓ Ｃ Ｒ 烟 气 脱 硝 效 率 影 响 因素及 运 行 优 化 的探 讨
张 坤
（ 浙江大 学控 制系， 浙江大唐乌 沙山发电厂， 浙江省宁波 市象山县 ３ １ ５ ７ ２ ２ ） 摘 要： 本文主要介绍了 Ｓ Ｃ Ｒ烟气脱硝 的反应动力过程 ， 分析、 探讨各种 因素影响脱硝 效率的机 理， 为优化脱硝系统运行 、 提高 Ｎ Ｏ 的脱除率提供必 要的理论依据 。
４ Ｎ Ｈ３ ＋ ５ ０ ｆ ＿ ÷ ４ Ｎ Ｏ ＋ ６ Ｈ２ ｏ ＋ ９ ０ ７ ． ３ ｋ Ｊ
从而降低 了脱硝效率 ， 同时未转化 的 Ｎ Ｈ 的述逸量也增大 了， 不仅会 造成二 次污 染， 还会与 烟气 中的 Ｓ Ｏ ， 反应生成 （ Ｎ Ｈ４ ） ｏ ４ 和（ ＮＩ ＇ Ｌ ． ） ＨＳ ０ ４ ， 在 下游设备凝结导致设 备的堵塞积 灰。因此 ， 注氨 量应严格控制 ， 根据进 口 Ｎ 的浓度值进行合理调整， 通常 Ｎ Ｈ ａ ／ Ｎ Ｏ 摩尔 比选择为 １ ． ２以下。 为 了提 高脱 硝效率 ， 除了要保证合适 的 Ｎ Ｈ Ｎ 摩尔 比 以外 ， 还要 有 很好的混合效果。 脱硝系统采用合理的氨、 空气混合系统， 入 口烟道 的氯喷 射系统设置 了流量调节 阀， 调节注氨量 以适 应不同 的负荷 工况， 提高 ＮＨ ２ ／ Ｎ 的混合效果，并且采 用反应 器声波 吹灰系统降低 Ｓ Ｃ Ｒ反应器的阻 力， 提高 Ｎ 的脱除率。在脱硝系统投运前 ， 通 过对入 口烟道 Ｎ Ｈ Ｊ Ｎ 混合后
４ＮＯ＋ ４ ＮＨ３ ＋Ｏｒ ４Ｎ２ ＋ ６Ｈ２ ０ ２ ＮＯ２ ＋ ４ＮＨ３ ＋Ｏ２ － － ＊ ３ Ｎ２ ＋ ６ Ｈ２ ０
随着 中国经济 的快速发展 ， 环 境保护 问题 日益突显 ， 节 能环 保 已经成 为经济可持续 发展 的重要研 究课 题。燃煤 电厂作为经 济发展 的能源供给 者， 它所排放的 Ｎ Ｏ 、 Ｓ Ｏ ： 总量正逐年增加 ， 对环境 的影 响范围逐步扩大 ， 因 此国家在 ２ ０ １ １年颁布 的 《 火电厂大气污染物排放标准》 中要求所 有燃煤机 组２ ０１ ５年年底前完成烟气脱硝 改造 、对于新 建机 组及重点区域的机组控 制氦氧化物排放量小于 １ ０ ０ ｍｇ ／ Ｎｍ 。本文将 结合电厂脱硝系统的实 际运行 情况 ， 详尽分析影响 Ｓ Ｃ Ｒ脱硝 效率 的各种机理 。
氨气量的增加使得 反应平 衡向反应 正方向移 动， 由于增加 了单位容积
催化剂上 Ｎ Ｈ 的吸附量 ， 从而 提 高 了 过 渡 态 化 合 物 的 浓 度 ， 加 快 了脱 硝 的
２ 、 Ｓ Ｃ Ｒ 烟气脱硝 的反应动 力过程 当前 ， Ｓ Ｃ Ｒ反 应动力学的研 究方法主要有经验 方法和机理模 型方法 。
关键词 ： Ｓ Ｃ Ｒ脱 硝 系 统 ； 脱 硝 效 率
中图分类号 ： Ｔ Ｋ ３ １ ４
文献标识码 ： Ａ
１ 、 前 言
源自文库
较小时 ， 尤其是小 于 １ 时， 随着 Ｎ Ｈ 量的增加 ， 脱 硝效率 明显提 高， 这是 因
为此时 Ｎ Ｈ 与 ＮＯ 的反应为一级反应 ， 其反应方程式为：
根据 Ｓ Ｃ Ｒ脱硝 的反应过 程可以建立脱硝反应模型 ，常见 的吸 附与脱附 的 模型结构有 Ｌ ａ ｎ ｇ ｍ ｉ ｕ ｒ 模型和 Ｅ ｌ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｄ ｅ ａ ｌ 模型 。这个模型所描述的反应过 程大致如下：首先经烟气整流器后烟气 中的 Ｎｏ Ｉ 、 ＮＨ ， 和０ ： 扩散到催化剂 的外表面， 并进一步向催化剂 的微孔表面进行扩散 。此后气 相中的 Ｎ 和 ０ ： 和被吸 附在催化 剂表 面的 Ｎ Ｈ 发生催化还原反应 ， 生成 的 Ｎ 和Ｈ Ｏ从 催 化 剂 的表 面 上脱 附 到 微 孔 内 ， 向催化剂外表面扩 散， 最 终 被 主 流 气 体 携 带离开催化剂外表 面， 完成整个脱硝过程。 ３ 、 Ｓ ＣＲ脱硝效 率的影响机理分析 脱硝效率 即为反应器对 Ｎ Ｏ 的脱除效率 ，定义 为反应器进 、出 口的 Ｎ Ｏ 的浓 度差值与反应 器进 口 Ｎ 浓度 的 比值 。其数 学表 达式可 以定义
的空气流场进 行试验和分 析 （ 现多采用 Ｃ Ｆ Ｄ方 法建立流场 模 型） ， 根据所 得数值模拟结 果来调试烟道入 口导流板角度 ， 以达到改变流 场分布 的 目
的， 优 化脱 硝 系 统 ， 提 高脱 硝 效 率 。
通过 Ｓ ＣＲ脱硝 过程 的动力 学研究 ， 发现在 Ｓ Ｃ Ｒ脱硝 工艺中， 影响脱除 效率的 因素有很 多： 反应 温度 、 反应时间、 Ｎ Ｈ Ｊ Ｎ 摩 尔比、 催化剂性 能、 烟 气流量、 Ｎ Ｏ ｘ的进 口浓度 、 烟 气与催化剂的接触时间 以及催化剂的体积等。 ３ ． １ 反应温度对脱硝效率 的影响 在脱硝反应中反应温度存在着两种不 同的影 响趋 势， 存在 一个最佳反 应温度值使得 脱硝 效率在相应运行工况下有最大值 ， 当烟气 温度 高于此最 佳反应温度过 多时 ， 将 造成催化剂 的表面通道与微孔 发生物理变形 ， 使得 有效反应的面积减少 ， 同时烟气温度 过高还会加 速催化 剂的老化 ， 降低脱 硝效率 ； 当烟温过低 时 ， Ｎ Ｈ 和Ｎ Ｏ ： 反应生成 Ｎ Ｈ ￣ ＮＯ ， 作 为 副 反 应 产 物 的 Ｎ 地Ｎ ｏ ３ 会堵塞催化剂的微孑 Ｌ 及通道， 阻碍催化反应 的正 常进 行， 降低脱硝 效率。因此， 某电厂高温高尘布置的 Ｓ Ｃ Ｒ脱硝工艺 中采用 ３ １ ９ ～ ３ ８ ０ ℃作为 反应温度 （ 设计烟 气温度 为 ３ ６ ２ ℃） ， 以保证较高 的脱 硝效率和催化 剂的寿
Ｔ １ ：（ １ 一 Ｃ Ｎ ０ ／ Ｃ
反应速度 ；而当 Ｎ Ｈ ｄ Ｎ 摩 尔比增大到 一定程 度时 ，脱 硝效 率反而随着 Ｎ Ｈｄ Ｎ Ｏ 摩 尔比的增加而降低， 这是因为 Ｎ Ｈ 的投入量超过 了 ＮＨ 在催 化 剂表面吸附的动态平 衡容量，部分 Ｎｔ １ ３ 的氧化副反应的反应速率增大 ， 例 如在 ３ ５ ０ ℃以上 ＮＨ 氧化为 Ｎ Ｏ的副反应 ：
科 学 发 展
Ｓ Ｃ Ｒ 烟 气 脱 硝 效 率 影 响 因素及 运 行 优 化 的探 讨
张 坤
（ 浙江大 学控 制系， 浙江大唐乌 沙山发电厂， 浙江省宁波 市象山县 ３ １ ５ ７ ２ ２ ） 摘 要： 本文主要介绍了 Ｓ Ｃ Ｒ烟气脱硝 的反应动力过程 ， 分析、 探讨各种 因素影响脱硝 效率的机 理， 为优化脱硝系统运行 、 提高 Ｎ Ｏ 的脱除率提供必 要的理论依据 。
４ Ｎ Ｈ３ ＋ ５ ０ ｆ ＿ ÷ ４ Ｎ Ｏ ＋ ６ Ｈ２ ｏ ＋ ９ ０ ７ ． ３ ｋ Ｊ
从而降低 了脱硝效率 ， 同时未转化 的 Ｎ Ｈ 的述逸量也增大 了， 不仅会 造成二 次污 染， 还会与 烟气 中的 Ｓ Ｏ ， 反应生成 （ Ｎ Ｈ４ ） ｏ ４ 和（ ＮＩ ＇ Ｌ ． ） ＨＳ ０ ４ ， 在 下游设备凝结导致设 备的堵塞积 灰。因此 ， 注氨 量应严格控制 ， 根据进 口 Ｎ 的浓度值进行合理调整， 通常 Ｎ Ｈ ａ ／ Ｎ Ｏ 摩尔 比选择为 １ ． ２以下。 为 了提 高脱 硝效率 ， 除了要保证合适 的 Ｎ Ｈ Ｎ 摩尔 比 以外 ， 还要 有 很好的混合效果。 脱硝系统采用合理的氨、 空气混合系统， 入 口烟道 的氯喷 射系统设置 了流量调节 阀， 调节注氨量 以适 应不同 的负荷 工况， 提高 ＮＨ ２ ／ Ｎ 的混合效果，并且采 用反应 器声波 吹灰系统降低 Ｓ Ｃ Ｒ反应器的阻 力， 提高 Ｎ 的脱除率。在脱硝系统投运前 ， 通 过对入 口烟道 Ｎ Ｈ Ｊ Ｎ 混合后
４ＮＯ＋ ４ ＮＨ３ ＋Ｏｒ ４Ｎ２ ＋ ６Ｈ２ ０ ２ ＮＯ２ ＋ ４ＮＨ３ ＋Ｏ２ － － ＊ ３ Ｎ２ ＋ ６ Ｈ２ ０
随着 中国经济 的快速发展 ， 环 境保护 问题 日益突显 ， 节 能环 保 已经成 为经济可持续 发展 的重要研 究课 题。燃煤 电厂作为经 济发展 的能源供给 者， 它所排放的 Ｎ Ｏ 、 Ｓ Ｏ ： 总量正逐年增加 ， 对环境 的影 响范围逐步扩大 ， 因 此国家在 ２ ０ １ １年颁布 的 《 火电厂大气污染物排放标准》 中要求所 有燃煤机 组２ ０１ ５年年底前完成烟气脱硝 改造 、对于新 建机 组及重点区域的机组控 制氦氧化物排放量小于 １ ０ ０ ｍｇ ／ Ｎｍ 。本文将 结合电厂脱硝系统的实 际运行 情况 ， 详尽分析影响 Ｓ Ｃ Ｒ脱硝 效率 的各种机理 。
氨气量的增加使得 反应平 衡向反应 正方向移 动， 由于增加 了单位容积
催化剂上 Ｎ Ｈ 的吸附量 ， 从而 提 高 了 过 渡 态 化 合 物 的 浓 度 ， 加 快 了脱 硝 的
２ 、 Ｓ Ｃ Ｒ 烟气脱硝 的反应动 力过程 当前 ， Ｓ Ｃ Ｒ反 应动力学的研 究方法主要有经验 方法和机理模 型方法 。
关键词 ： Ｓ Ｃ Ｒ脱 硝 系 统 ； 脱 硝 效 率
中图分类号 ： Ｔ Ｋ ３ １ ４
文献标识码 ： Ａ
１ 、 前 言
源自文库
较小时 ， 尤其是小 于 １ 时， 随着 Ｎ Ｈ 量的增加 ， 脱 硝效率 明显提 高， 这是 因
为此时 Ｎ Ｈ 与 ＮＯ 的反应为一级反应 ， 其反应方程式为：
根据 Ｓ Ｃ Ｒ脱硝 的反应过 程可以建立脱硝反应模型 ，常见 的吸 附与脱附 的 模型结构有 Ｌ ａ ｎ ｇ ｍ ｉ ｕ ｒ 模型和 Ｅ ｌ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｄ ｅ ａ ｌ 模型 。这个模型所描述的反应过 程大致如下：首先经烟气整流器后烟气 中的 Ｎｏ Ｉ 、 ＮＨ ， 和０ ： 扩散到催化剂 的外表面， 并进一步向催化剂 的微孔表面进行扩散 。此后气 相中的 Ｎ 和 ０ ： 和被吸 附在催化 剂表 面的 Ｎ Ｈ 发生催化还原反应 ， 生成 的 Ｎ 和Ｈ Ｏ从 催 化 剂 的表 面 上脱 附 到 微 孔 内 ， 向催化剂外表面扩 散， 最 终 被 主 流 气 体 携 带离开催化剂外表 面， 完成整个脱硝过程。 ３ 、 Ｓ ＣＲ脱硝效 率的影响机理分析 脱硝效率 即为反应器对 Ｎ Ｏ 的脱除效率 ，定义 为反应器进 、出 口的 Ｎ Ｏ 的浓 度差值与反应 器进 口 Ｎ 浓度 的 比值 。其数 学表 达式可 以定义
的空气流场进 行试验和分 析 （ 现多采用 Ｃ Ｆ Ｄ方 法建立流场 模 型） ， 根据所 得数值模拟结 果来调试烟道入 口导流板角度 ， 以达到改变流 场分布 的 目
的， 优 化脱 硝 系 统 ， 提 高脱 硝 效 率 。
通过 Ｓ ＣＲ脱硝 过程 的动力 学研究 ， 发现在 Ｓ Ｃ Ｒ脱硝 工艺中， 影响脱除 效率的 因素有很 多： 反应 温度 、 反应时间、 Ｎ Ｈ Ｊ Ｎ 摩 尔比、 催化剂性 能、 烟 气流量、 Ｎ Ｏ ｘ的进 口浓度 、 烟 气与催化剂的接触时间 以及催化剂的体积等。 ３ ． １ 反应温度对脱硝效率 的影响 在脱硝反应中反应温度存在着两种不 同的影 响趋 势， 存在 一个最佳反 应温度值使得 脱硝 效率在相应运行工况下有最大值 ， 当烟气 温度 高于此最 佳反应温度过 多时 ， 将 造成催化剂 的表面通道与微孔 发生物理变形 ， 使得 有效反应的面积减少 ， 同时烟气温度 过高还会加 速催化 剂的老化 ， 降低脱 硝效率 ； 当烟温过低 时 ， Ｎ Ｈ 和Ｎ Ｏ ： 反应生成 Ｎ Ｈ ￣ ＮＯ ， 作 为 副 反 应 产 物 的 Ｎ 地Ｎ ｏ ３ 会堵塞催化剂的微孑 Ｌ 及通道， 阻碍催化反应 的正 常进 行， 降低脱硝 效率。因此， 某电厂高温高尘布置的 Ｓ Ｃ Ｒ脱硝工艺 中采用 ３ １ ９ ～ ３ ８ ０ ℃作为 反应温度 （ 设计烟 气温度 为 ３ ６ ２ ℃） ， 以保证较高 的脱 硝效率和催化 剂的寿