一、概述
新型低溫?zé)煔饷撓跫夹g(shù)是在傳統(tǒng)SCR技術(shù)的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)脫硝技術(shù)。
目前應(yīng)用zui廣也zui有效的煙氣脫硝技術(shù)是NH3選擇性催化還原NOx技術(shù)（SCR）。作為SCR法的核心-催化劑則成為達(dá)到氮氧化物減排指標(biāo)的關(guān)鍵，目前普遍使用的商用催化劑體系為鈦基釩系催化劑（V2O5-WO3/TiO2），其活性溫度窗口較高（320～420℃），需要將SCR裝置安裝在空氣預(yù)熱器之前和省煤器之后，利用煙氣自身溫度才能達(dá)到該溫度區(qū)域，且此處存在的高濃度的粉塵和SO2，容易引起催化劑中毒和減少使用壽命。限制SCR技術(shù)推廣的主要瓶頸在于反應(yīng)溫度要求相對較高，使得脫硝過程耗能較大，相應(yīng)工程投資成本較大。
為了克服以上的缺點(diǎn)，襄陽先天下環(huán)保設(shè)備有限公司與國家煙氣脫硫工程技術(shù)研究中心聯(lián)合研發(fā)出低溫?zé)煔饷撓跫夹g(shù)，經(jīng)過長時間反復(fù)的小試和中試研究，并通過在浙江某玻璃企業(yè)爐窯系統(tǒng)煙氣和內(nèi)蒙某焦化廠焦化煙氣的中試，完善了工藝技術(shù)，并取得大量的工業(yè)化數(shù)據(jù)，試驗(yàn)表明該技術(shù)可很好的完成低溫條件下的煙氣脫硝任務(wù)，已經(jīng)具備了工業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)和條件。目前我公司正在積極尋求工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)施機(jī)會。
二、新型低溫?zé)煔饷撓跫夹g(shù)原理
新型低溫SCR煙氣脫硝設(shè)備是在傳統(tǒng)SCR技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化得到的，技術(shù)原理與其相同，主要是在催化劑的作用下，以NH3作為還原劑，有選擇性的與煙氣中的NOx反應(yīng)并生成無毒無污染的N2和H2O。還原劑還可以是碳?xì)浠衔?/span>(如甲烷、丙烷等)、氨、尿素等。以NH3為還原劑為例，反應(yīng)式如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O （1-1）
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O （1-2）
8NH3+6NO2→7N2+12H2O （1-3）
低溫SCR煙氣脫硝設(shè)備的技術(shù)*突破是低溫催化，不同于傳統(tǒng)的釩系催化劑高達(dá)400℃的起燃溫度，新型催化法所用的催化劑在120℃即可具備良好的活性，其適用溫度窗口為90~200℃。
表1 煙氣脫硝前需滿足指標(biāo)
序號 | 項(xiàng)目 | 窗口 | 影響因素 |
1 | 溫度 | 120-180℃ | 溫度過低無法達(dá)到催化效果，過高影響吸附效果 |
2 | 濕度 | <5% | 水蒸氣含量過高催化劑容易中毒 |
3 | 氧氣 | 3-10% | 濃度過低影響脫硝效率 |
4 | 粉塵濃度 | ＜50mg/Nm3 | 過高將堵塞床層，增加系統(tǒng)阻力并影響脫硫效率和成品酸品質(zhì) |
5 | SO2濃度 | ＜100mg/Nm3 | 過高將與還原劑反應(yīng)，反應(yīng)生成物堵塞床層，同時使催化劑中毒 |
新型的工藝流程圖如圖1所示，待處理煙氣首先由風(fēng)機(jī)送入預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行除塵、調(diào)質(zhì)，使煙氣的溫度、塵濃度、水分、氧和SO2濃度等指標(biāo)滿足脫硝工藝要求（表1），然后進(jìn)入脫硝塔，而作為還原劑的NH3有氨儲罐直接由塔頂噴入，與煙氣混合。脫硝塔中裝填整體或者散裝的催化劑，煙氣經(jīng)布?xì)夤艿肋M(jìn)入脫硝區(qū)，經(jīng)過催化劑層時，煙氣中的NO、O2、NH3充分基礎(chǔ)，在催化劑的催化作用下，NO被還原成N2和H2O，通過床層后的煙氣直接達(dá)標(biāo)排放。
脫硝催化劑的使用壽命一般為3-5年，催化劑失活后，需要進(jìn)行更換，而失活的催化劑可以返廠進(jìn)行再生及二次活化，循環(huán)使用。
整個系統(tǒng)由煙氣收集部分、預(yù)處理部分、脫硝部分、氨源部分組成。煙氣收集部分主要煙氣管道、閥門、風(fēng)機(jī)、煙囪組成；預(yù)處理部分主要由除塵器、 調(diào)質(zhì)塔等組成，脫硝部分主要設(shè)備為脫硝塔（包括催化劑）；氨源部分主要是液氨儲槽、蒸發(fā)設(shè)備及緩沖設(shè)備組成。
三、的技術(shù)特點(diǎn)
變高溫催化氧化為低溫催化氧化，將活性炭的吸附功能和催化劑的催化功能有效結(jié)合，成功破解了低溫催化這個技術(shù)難關(guān)。
（1）脫硝效率可達(dá) 80%以上，工程實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)了85%的脫硝效率；
（2）適應(yīng)性強(qiáng)，可以很好地適應(yīng)煙氣煙氣量波動以及煙氣溫度在90-200℃ 變化的大范圍波動情況；
（3）經(jīng)濟(jì)效益高，采用活性炭為催化劑載體，相比于鈦基催化劑，從源頭上降低了成本，催化劑制備工藝以高效簡便為原則，制備手段相對簡化，使得催化劑的供應(yīng)實(shí)現(xiàn)*連續(xù)性，同時反應(yīng)溫度的降低又大大減小了運(yùn)行成本。
（4）無二次污染物產(chǎn)生，符合國家關(guān)于綠色生產(chǎn)的相關(guān)法律法規(guī)。
（5）配合煙氣脫硫技術(shù)使用，解決了傳統(tǒng)催化劑要求反應(yīng)溫度高、抗氧硫中毒能力低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，符合當(dāng)前環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。
四、工程化應(yīng)用中試
1、固定式裝置中試脫硝
通過一系列實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證，新型低溫SCR脫硝技術(shù)已經(jīng)在小試裝置上取得了成功，得到了大量的數(shù)據(jù)和結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，利用自主研制并搭建的固定式低溫脫硝中試裝置，對低溫SCR脫硝工藝進(jìn)行了驗(yàn)證。
實(shí)驗(yàn)主要參數(shù)如下表所示：
表2 低溫SCR脫硝中試實(shí)驗(yàn)參數(shù)
煙氣流量（m3/h） | 催化劑裝填體積（m3） | 空速 （h-1） | NO含量（mg/Nm3） | O2含量 （%） | 溫度范圍 （℃） |
40 | 0.004 | 10000 | 1000 | 5~6 | 90~180 |
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在120℃時，中試脫硝效率約73%，150℃時，脫硝效率升高到80%以上，出口NO濃度約200mg/Nm3，已經(jīng)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)反應(yīng)溫度提高到180℃時，脫硝效率超過87%，出口濃度約130mg/Nm3，低于絕大部分大氣排污行業(yè)國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
2、移動式裝置聯(lián)合脫硫脫硝中試
2.1 玻璃爐窯煙氣低溫SCR脫硝中試
利用移動式車載脫硫和脫硝裝置，在某玻璃集團(tuán)玻璃窯爐煙氣條件下，進(jìn)行了聯(lián)合脫硫脫硝中試測試。窯爐煙氣特點(diǎn)是：SO2和NO濃度高，波動范圍很大，煙氣溫度較低，氧含量較高。針對窯爐煙氣進(jìn)行的聯(lián)合脫硫脫硝中試測試，連續(xù)運(yùn)行時間超過200h。
在某玻璃集團(tuán)生產(chǎn)線排放的玻璃窯爐煙氣條件下，進(jìn)行了相關(guān)脫硝性能測試。主要煙氣條件如下表所示：
表3 浙江某玻璃窯爐煙氣參數(shù)
煙氣流量（m3/h） 空速（h-1） NO濃度（mg/Nm3） SO2濃度（mg/Nm3） O2含量（%） H2O含量（%） 溫度（℃） | 80 5000 1500~2000 1000~4000 9~12 6~10 130~170 |
結(jié)果顯示：脫硫工段展現(xiàn)出良好的脫硫性能，在絕大部分時間里保持了98%以上的脫硫效率，出口濃度低于50mg/Nm3。經(jīng)脫硫后的煙氣進(jìn)入脫硝工段，經(jīng)過優(yōu)化后，脫硝效率保持了長時間穩(wěn)定，基本在75%~80%之間，出口濃度平均約300mg/Nm3，低于國家對玻璃窯爐煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)（700mg/Nm3）。總體脫硝性能優(yōu)異，并且順利經(jīng)過了*專家技術(shù)鑒定。業(yè)主展現(xiàn)出*興趣，正在商談工程化應(yīng)用事宜。
2.1 焦化廠煙氣低溫SCR脫硝中試
2014年6月至8月，在內(nèi)蒙古烏海某焦化廠利用車載式中試裝置進(jìn)行了聯(lián)合脫硫脫硝試驗(yàn)，針對焦化爐煙氣情況，進(jìn)行了長時間連續(xù)的脫硝試驗(yàn)。可見，工況煉焦尾氣中的氮氧化物濃度有較大波動，反應(yīng)器入口NOx濃度范圍為680～1030mg/Nm3。反應(yīng)器出口NOx濃度范圍為50～260mg/Nm3，出口濃度隨入口濃度的增加有所上升，脫硝效率在73～94%范圍內(nèi)，基本穩(wěn)定在83%左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明中試所用低溫催化劑適合焦?fàn)t高負(fù)荷運(yùn)行的煉焦尾氣。
- 前景
一、概述
新型低溫?zé)煔饷撓跫夹g(shù)是在傳統(tǒng)SCR技術(shù)的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)脫硝技術(shù)。
目前應(yīng)用zui廣也zui有效的煙氣脫硝技術(shù)是NH3選擇性催化還原NOx技術(shù)（SCR）。作為SCR法的核心-催化劑則成為達(dá)到氮氧化物減排指標(biāo)的關(guān)鍵，目前普遍使用的商用催化劑體系為鈦基釩系催化劑（V2O5-WO3/TiO2），其活性溫度窗口較高（320～420℃），需要將SCR裝置安裝在空氣預(yù)熱器之前和省煤器之后，利用煙氣自身溫度才能達(dá)到該溫度區(qū)域，且此處存在的高濃度的粉塵和SO2，容易引起催化劑中毒和減少使用壽命。限制SCR技術(shù)推廣的主要瓶頸在于反應(yīng)溫度要求相對較高，使得脫硝過程耗能較大，相應(yīng)工程投資成本較大。
為了克服以上的缺點(diǎn)，襄陽先天下環(huán)保設(shè)備有限公司與國家煙氣脫硫工程技術(shù)研究中心聯(lián)合研發(fā)出低溫?zé)煔饷撓跫夹g(shù)，經(jīng)過長時間反復(fù)的小試和中試研究，并通過在浙江某玻璃企業(yè)爐窯系統(tǒng)煙氣和內(nèi)蒙某焦化廠焦化煙氣的中試，完善了工藝技術(shù)，并取得大量的工業(yè)化數(shù)據(jù)，試驗(yàn)表明該技術(shù)可很好的完成低溫條件下的煙氣脫硝任務(wù)，已經(jīng)具備了工業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)和條件。目前我公司正在積極尋求工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)施機(jī)會。
二、新型低溫?zé)煔饷撓跫夹g(shù)原理新型低溫脫硝技術(shù)是在傳統(tǒng)SCR技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化得到的，技術(shù)原理與其相同，主要是在催化劑的作用下，以NH3作為還原劑，有選擇性的與煙氣中的NOx反應(yīng)并生成無毒無污染的N2和H2O。還原劑還可以是碳?xì)浠衔?/span>(如甲烷、丙烷等)、氨、尿素等。以NH3為還原劑為例，反應(yīng)式如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O （1-1）
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O （1-2）
8NH3+6NO2→7N2+12H2O （1-3）
新型低溫?zé)煔饷撓跫夹g(shù)的*突破是低溫催化，不同于傳統(tǒng)的釩系催化劑高達(dá)400℃的起燃溫度，新型催化法所用的催化劑在120℃即可具備良好的活性，其適用溫度窗口為90~200℃。
表1 煙氣脫硝前需滿足指標(biāo)
序號
項(xiàng)目
窗口
影響因素
1
溫度
120-180℃
溫度過低無法達(dá)到催化效果，過高影響吸附效果
2
濕度
<5%
水蒸氣含量過高催化劑容易中毒
3
氧氣
3-10%
濃度過低影響脫硝效率
4
粉塵濃度
＜50mg/Nm3
過高將堵塞床層，增加系統(tǒng)阻力并影響脫硫效率和成品酸品質(zhì)
5
SO2濃度
＜100mg/Nm3
過高將與還原劑反應(yīng)，反應(yīng)生成物堵塞床層，同時使催化劑中毒
新型低溫脫硝技術(shù)的工藝流程圖如圖1所示，待處理煙氣首先由風(fēng)機(jī)送入預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行除塵、調(diào)質(zhì)，使煙氣的溫度、塵濃度、水分、氧和SO2濃度等指標(biāo)滿足脫硝工藝要求（表1），然后進(jìn)入脫硝塔，而作為還原劑的NH3有氨儲罐直接由塔頂噴入，與煙氣混合。脫硝塔中裝填整體或者散裝的催化劑，煙氣經(jīng)布?xì)夤艿肋M(jìn)入脫硝區(qū)，經(jīng)過催化劑層時，煙氣中的NO、O2、NH3充分基礎(chǔ)，在催化劑的催化作用下，NO被還原成N2和H2O，通過床層后的煙氣直接達(dá)標(biāo)排放。
脫硝催化劑的使用壽命一般為3-5年，催化劑失活后，需要進(jìn)行更換，而失活的催化劑可以返廠進(jìn)行再生及二次活化，循環(huán)使用。
整個系統(tǒng)由煙氣收集部分、預(yù)處理部分、脫硝部分、氨源部分組成。煙氣收集部分主要煙氣管道、閥門、風(fēng)機(jī)、煙囪組成；預(yù)處理部分主要由除塵器、 調(diào)質(zhì)塔等組成，脫硝部分主要設(shè)備為脫硝塔（包括催化劑）；氨源部分主要是液氨儲槽、蒸發(fā)設(shè)備及緩沖設(shè)備組成。
三、技術(shù)特點(diǎn)
變高溫催化氧化為低溫催化氧化，將活性炭的吸附功能和催化劑的催化功能有效結(jié)合，成功破解了低溫催化這個技術(shù)難關(guān)。
（1）脫硝效率可達(dá) 80%以上，工程實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)了85%的脫硝效率；
（2）適應(yīng)性強(qiáng)，可以很好地適應(yīng)煙氣煙氣量波動以及煙氣溫度在90-200℃ 變化的大范圍波動情況；
（3）經(jīng)濟(jì)效益高，采用活性炭為催化劑載體，相比于鈦基催化劑，從源頭上降低了成本，催化劑制備工藝以高效簡便為原則，制備手段相對簡化，使得催化劑的供應(yīng)實(shí)現(xiàn)*連續(xù)性，同時反應(yīng)溫度的降低又大大減小了運(yùn)行成本。
（4）無二次污染物產(chǎn)生，符合國家關(guān)于綠色生產(chǎn)的相關(guān)法律法規(guī)。
（5）配合煙氣脫硫技術(shù)使用，解決了傳統(tǒng)催化劑要求反應(yīng)溫度高、抗氧硫中毒能力低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，符合當(dāng)前環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。
四、工程化應(yīng)用中試
1、固定式裝置中試脫硝
通過一系列實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證，新型低溫SCR脫硝技術(shù)已經(jīng)在小試裝置上取得了成功，得到了大量的數(shù)據(jù)和結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，利用自主研制并搭建的固定式低溫脫硝中試裝置，對低溫SCR脫硝工藝進(jìn)行了驗(yàn)證。
實(shí)驗(yàn)主要參數(shù)如下表所示：
表2 低溫SCR脫硝中試實(shí)驗(yàn)參數(shù)
煙氣流量（m3/h）
催化劑裝填體積（m3）
空速
（h-1）
NO含量（mg/Nm3）
O2含量
（%）
溫度范圍
（℃）
40
0.004
10000
1000
5~6
90~180
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在120℃時，中試脫硝效率約73%，150℃時，脫硝效率升高到80%以上，出口NO濃度約200mg/Nm3，已經(jīng)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)反應(yīng)溫度提高到180℃時，脫硝效率超過87%，出口濃度約130mg/Nm3，低于絕大部分大氣排污行業(yè)國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
2、移動式裝置聯(lián)合脫硫脫硝中試
2.1 玻璃爐窯煙氣低溫SCR脫硝中試
利用移動式車載脫硫和脫硝裝置，在某玻璃集團(tuán)玻璃窯爐煙氣條件下，進(jìn)行了聯(lián)合脫硫脫硝中試測試。窯爐煙氣特點(diǎn)是：SO2和NO濃度高，波動范圍很大，煙氣溫度較低，氧含量較高。針對窯爐煙氣進(jìn)行的聯(lián)合脫硫脫硝中試測試，連續(xù)運(yùn)行時間超過200h。
在某玻璃集團(tuán)生產(chǎn)線排放的玻璃窯爐煙氣條件下，進(jìn)行了相關(guān)脫硝性能測試。主要煙氣條件如下表所示：
表3 浙江某玻璃窯爐煙氣參數(shù)
煙氣流量（m3/h）
空速（h-1）
NO濃度（mg/Nm3）
SO2濃度（mg/Nm3）
O2含量（%）
H2O含量（%）
溫度（℃）
80
5000
1500~2000
1000~4000
9~12
6~10
130~170
結(jié)果顯示：脫硫工段展現(xiàn)出良好的脫硫性能，在絕大部分時間里保持了98%以上的脫硫效率，出口濃度低于50mg/Nm3。經(jīng)脫硫后的煙氣進(jìn)入脫硝工段，經(jīng)過優(yōu)化后，脫硝效率保持了長時間穩(wěn)定，基本在75%~80%之間，出口濃度平均約300mg/Nm3，低于國家對玻璃窯爐煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)（700mg/Nm3）?？傮w脫硝性能優(yōu)異，并且順利經(jīng)過了*專家技術(shù)鑒定。業(yè)主展現(xiàn)出*興趣，正在商談工程化應(yīng)用事宜。
2.1 焦化廠煙氣低溫SCR脫硝中試
2014年6月至8月，在內(nèi)蒙古烏海某焦化廠利用車載式中試裝置進(jìn)行了聯(lián)合脫硫脫硝試驗(yàn)，針對焦化爐煙氣情況，進(jìn)行了長時間連續(xù)的脫硝試驗(yàn)。可見，工況煉焦尾氣中的氮氧化物濃度有較大波動，反應(yīng)器入口NOx濃度范圍為680～1030mg/Nm3。反應(yīng)器出口NOx濃度范圍為50～260mg/Nm3，出口濃度隨入口濃度的增加有所上升，脫硝效率在73～94%范圍內(nèi)，基本穩(wěn)定在83%左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明中試所用低溫催化劑適合焦?fàn)t高負(fù)荷運(yùn)行的煉焦尾氣。
- 前景展望
目前脫硝市場上，高溫SCR技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位，電力行業(yè)由于煙溫較高，基本上都采取該技術(shù)進(jìn)行脫硝處理，但對于鋼鐵燒結(jié)、焦化、玻璃爐窯等行業(yè)而言，由于尾排煙溫較低，如果采用傳統(tǒng)SCR技術(shù)，對煙氣進(jìn)行再加熱會使得能耗過大，相比之下，低溫SCR技術(shù)zui大的優(yōu)勢在于反應(yīng)溫度窗口更低，對這些煙氣具有很好的適應(yīng)性和匹配性，可有效解決目前這些行業(yè)工藝選擇困難的問題，解決生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)保難題。新型催化法低溫SCR脫硝技術(shù)經(jīng)過多年的研發(fā)和長時間的中試，工藝技術(shù)已經(jīng)成熟，具備了工業(yè)化的所有條件。
展望
目前脫硝市場上，高溫SCR技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位，電力行業(yè)由于煙溫較高，基本上都采取該技術(shù)進(jìn)行脫硝處理，但對于鋼鐵燒結(jié)、焦化、玻璃爐窯等行業(yè)而言，由于尾排煙溫較低，如果采用傳統(tǒng)SCR技術(shù)，對煙氣進(jìn)行再加熱會使得能耗過大，相比之下，低溫SCR技術(shù)zui大的優(yōu)勢在于反應(yīng)溫度窗口更低，對這些煙氣具有很好的適應(yīng)性和匹配性，可有效解決目前這些行業(yè)工藝選擇困難的問題，解決生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)保難題。新型催化法低溫SCR脫硝技術(shù)經(jīng)過多年的研發(fā)和長時間的中試，工藝技術(shù)已經(jīng)成熟，具備了工業(yè)化的所有條件。
