燃煤电厂排放的氮氧化物是促使酸雨形成的主要大气污染物之一,并且排放量随着火电机组装机容量增长而逐年增加。如果不采取有效措施,将对环境产生严重破坏。,我国燃煤电厂在NOx排放控制方面起步相对较晚,技术成熟、脱硝率高、无二次污染的选择性催化还原(SCR)技术应用极少。今后随着我国环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大,SCR必将得到更广泛的应用。
选择性催化还原法SCR是指在催化剂的作用下,以NH3作为还原剂,“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。其原理首先由Engelhard公司发现并于1957年申请专利,后来日本在该国环保政策的驱动下,成功研制出了现今被广泛使用的V2O5/TiO2催化剂,并分别在1977年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运用。SCR目前已成为世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术,其主要反应方程式为:
4NH3 4NO O2=4N2 6H2O(1)
8NH3 6NO2=7N2 12H2O(2)
或4NH3 2NO2 O2=3N2 6H2O(3)
选择适当的催化剂可以使反应(1)及(2)在200~400℃的温度范围内进行,并能有效地抑制副反应的发生。在NH3与NO化学计量比为1的情况下,可以得到高达80~90的NOx脱除率。
催化剂是SCR系统的重要组成部分,它的性能直接影响到SCR系统的整体脱硝效果。目前我国催化剂通常1~2年就要更换一次,催化剂的寿命决定着SCR系统的运行成本,催化剂置换费用约占系统总价的50%。研究催化剂中毒的原因,延长催化剂的使用寿命对降低SCR系统的运行费用意义重大。在实际工况中,砷中毒是引起催化剂钝化的常见原因之一。
典型砷(As)中毒是由于烟气中含有气态As2O3的引起的,As2O3分散到催化剂中并固化在活性、非活性区域,使反应气体在催化剂内的扩散受到限制,且毛细管遭到破坏。并且这种由相变引起的催化剂中毒是不可逆的,对SCR运行影响巨大。
1煤燃烧过程中砷的迁移规律
煤炭本身是一种复杂的天然物质,各种煤中砷含量变化很大,一般为每公斤3~45毫克,消耗一吨煤将有2.5克的砷挥发到大气中。煤中的砷多数以硫化砷或硫砷铁矿(FeS2•FeAs2)等形式存在于煤中的矿物质中,小部分以有机物形态存于煤中。美国煤含砷量为0.6~16ppm,南非煤中为0~8ppm,英国煤中砷含量可高达220ppm,由于煤本身不均匀的自然特性,因此我国煤中的As变化也比较大,As的含量从0.5~80ppm不等,一般来说,我国西南部,特别是贵州的煤中As的含量是特别高的。
煤在燃烧过程中由于高温和强烈的氧化作用,As会从煤中释放。As在煤中的赋存状态不同,燃煤过程中砷释放的难易程度不同。
来源:中国脱硫脱硝资讯网