SCR在链条炉脱硝上的应用

刘文山

摘 要：链条炉是一种层燃炉，并且这种层燃炉的机械化程度也达到了较高的水平，但是燃烧过程中会产生氮氧化物，氮氧化物处理不彻底会造成一定的环境污染。目前，SCR工艺在链条炉脱硝上的应用较为普遍，SCR工艺处理氮氧化物的效率也较高，SCR工艺的应用也可以达到节能减排的效果。随着科技的发展，SCR脱硝装置也相应得到了优化，但是脱硝装置的设计过程中也应该综合考虑各种因素，在最大程度上将SCR脱硝装置加以完善。

关键词：SCR工艺;链条炉脱硝;装置优化;节能减排

随着国家对环境维护以及工业污染处理的重视程度的逐渐加大，政府对工业上链条炉脱硝效率的要求也逐渐提高，SCR工艺在链条炉脱硝上的应用也要根据燃烧过程中产生的烟气与飞尘的特点来进行相应的装置设计，包括催化剂的选择和运行系统的设计等，完善的装置设计可以提高SCR催化剂的利用率和催化效果，并且保障整个系统后期的稳定运行，从而提高链条炉脱硝效率。

1 SCR催化剂

1.1 SCR催化剂的选择

SCR脱硝工艺中，SCR催化剂起着关键作用，目前工业上常用的催化剂是以二氧化硅为载体，并且二氧化硅多采用多孔结构，然后多孔二氧化硅表面分布有五氧化二钒和三氧化钨，这两种物质都起到催化作用，并且在催化过程中催化剂与烟尘的接触面积大小也影响了催化剂的催化效率，因此增大催化剂与烟尘的接触面积是提高催化剂催化效率必须要考虑的问题。催化剂的种类很多，每一种催化剂也都有其自身的特定型号与结构，而在催化剂的选择过程中也要考虑到SCR反应器出口容许通过的最大未反应氨气含量，而且催化剂催化过程中会产生硫酸氨，硫酸氨可能会造成催化设备的腐蚀，因此也要考虑到催化系统中二氧化硫的氧化率，将氧化率控制在一定范围内，防止二氧化硫氧化率超过氧化上限。另外，催化剂在发挥作用后一段时间里可能会失活，失去催化剂本身的催化作用。因此，在催化剂的催化过程中要控制系统中的烟尘量，并且选择所用催化剂之前要考虑到催化剂的失活速率，以此来对催化时间进行预期计算，来更好地掌握所用催化剂的老化速率。当然，在催化剂催化过程中，处理的烟尘颗粒的大小也会影响催化剂的活性，因为颗粒直径小的烟尘会附着在催化剂表面，形成催化剂的表面沉淀，从而影响了催化剂表面的通道开放，也相应地减少了催化剂的表面积，减少了催化剂与烟尘的接触面积，降低了催化剂的活性以及催化效率。

1.2 SCR催化剂中毒

烟尘是在催化过程中与催化剂接触时间最长的物质，因此烟尘对催化剂所产生的物理与化学作用可能会导致催化剂性位活性的降低。一般来说，催化过程中会产生气溶胶，气溶胶属于碱金属，而这些碱金属气溶胶也会附着在催化剂的表面，并且会转移至催化剂的有效活性位，进而也影响了催化过程中的循环催化作用，也就引起了SCR催化剂的化学中毒。

催化过程中烟尘的沉积也会造成SCR催化剂的中毒，烟尘的沉积也使催化剂的表面孔结构被碱金属气溶胶阻塞，催化剂的物理中毒也是由催化剂表面孔结构被阻塞而引起的，颗粒直径过小的烟尘颗粒极易引起催化剂表面孔结构的阻塞，另外，在催化过程中，某些金属氧化物会和烟尘中的二氧化硫发生化学反应产相应金属的硫酸盐，当然，三氧化硫也会与金属氧化物反应生成硫酸盐，这些硫酸盐会阻塞催化剂表面通向活性位的通道，大大降低了催化剂的催化活性与催化效率。催化剂的物理中毒或化学中毒是由催化剂表面孔结构被堵塞引起的，因此催化剂的孔隙结构应该具有高孔隙率，另外，不同大小的表面孔结构可以有效防止烟尘颗粒对催化剂表面孔的堵塞和硫酸盐在催化剂表面的沉淀。

另外，砷中毒也是造成催化剂失活的重要原因，在燃烧过程中气态砷会通过化学反应以气态砷化物的形式释放出來，气态砷化物在催化过程中会不断聚积，这也会堵塞催化剂活性位的通道。燃烧炉的形状会影响气态砷的浓度，一般来说，液态的排渣锅炉，也就是所说的旋风锅炉，会提高烟尘中的含砷量，而固态排渣锅炉在后期时通常绝大部分的气态砷都进入到了底部排渣中，另外，在这个过程中，烟尘中所含有的气态砷会与锅炉中的氧化钙发生化学反应，这一化学反应会影响气态砷进入底部排渣的含量。砷中毒也会导致催化剂活性位通道的堵塞，降低催化剂的催化效率。

2 烟尘在空气预热器入口的速度分布

SCR反应器出口烟道中含有空气预热器入口，如果反应器出口烟道的设计不合理就有可能导致烟尘在空气预热器入口的速度的不均匀分布，这也有可能会形成灰尘沉积现象，而且速度不均匀分布导致的灰尘沉积现象在低负荷条件下较为明显，灰尘沉积现象有可能会导致空气预热器入口被堵塞，影响空气预热器设备的运行，因此，烟气调节装置以及恰当的烟道设计就非常重要，如下图所示。工业可以采用CFD模拟来进行烟气调节装置的设计，增加垂直导流板的数量，控制安装垂直导流板的位置，垂直导流板可以通向空气预热器的垂直入口处，进而达到控制烟尘进入空气预热器速度的目的。合理的烟道设计可以有效清除反应器出口的烟道灰尘沉积，调节烟尘在空气预热器入口处的速度分布，使空气预热器入口在低负荷条件下也不易出现灰尘沉积现象。另外，导流板的安装也能有效清除反应器底部的大量积灰，并且通过优化的烟道设计调节烟尘在空气预热器入口处的速度分布，保障空气预热器的稳定运行，负荷的增加也会减少烟尘沉积量，但是挡板门处的烟尘沉积却不能被有效清除，合理的烟道设计以及烟气调节装置可以有效解决烟尘沉积问题，保障系统的正常运行，提高反应器的脱硝率。

3 整体系统的流场模拟

催化剂发挥最大催化活性与系统的正确合理设计是密切相关的，工业可以采用实体模拟作为工具进行系统的模拟，在系统流场模拟过程中，可以利用计算机技术来进行更为有效的计算机流体力学模拟，流场模拟可以确保烟尘在空气预热器入口处的速度达到均匀分布，也可以在有有限的空间和资源里对烟道设计以及烟气调节装置进行更进一步的优化。当然，锅炉内烟气的流动与垂直流动方向之间的夹角也可以影响脱硝系统的稳定运行，流场模拟可以让烟气流动垂直流动方向之间的夹角达到最小偏差，在最大程度上消除反应器底部的烟尘沉积，也能强化锅炉内烟气与气体氨的混合效果，实体模拟在流场模拟中的应用也可以在很大程度上减少催化剂过程中的磨损，有效防止烟尘沉积造成催化剂活性位通道的堵塞，提高催化剂的催化活性，提高脱硝系统核心部分的催化效率。另外，流场模拟也能有效找出脱硝系统中存在的技术问题，从而对流量控制装置进行反复优化，开发系统运行过程中需要的技术装置，在最大程度上提高推销装置的脱硝效率。

4 结语

SCR工艺在链条炉脱硝中的应用需要综合考虑到多种因素，催化剂的选择，烟气调节装置的优化，烟道设计的合理性以及实体模型流场模拟都是需要考虑到的问题，完善合理的脱硝装置系统设计可以大大提高SCR工艺脱硝的效率，达到最大程度上的节能减排效果，有效解决工业生产中的烟尘排放问题。而且SCR工艺在链条炉脱硝上的应用也需要进一步实践，脱硝装置也需要进一步优化，以此来更好地应用于链条炉的脱硝中，提高链条炉的脱硝效率。

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