Sisteme selective de curățare a gazelor de ardere din NOx
Pentru purificarea gazelor de ardere de la cazane de la oxizii de azot se utilizează metode selective non-catalitice (SNCR) și catalitice (SCR) pentru reducerea NOX la azot molecular.
În ele, amoniacul este utilizat ca agent reducător. Sistemele non-catalitice sunt mai simple, costurile de construcție nu sunt mai scumpe decât înlocuirea arzătoarelor, iar eficiența este destul de ridicată: emisiile de oxizi de azot sunt reduse cu 40-60%. Amoniacul (apă amoniacală, carbamidă) este introdus în zona de temperatură ridicată (900 - 1100 ° C) a fumului cazanului cu gaze de recirculare, aer sau abur. Combinația metodelor tehnologice de suprimare a oxizilor de azot cu metoda SNCR în timpul arderii cărbunelui face posibilă reducerea concentrației de oxizi de azot în gazele de ardere la 300 mg / m.
În Europa, în SUA și Japonia, sistemele SCR și SNCR sunt utilizate destul de des pe unitățile mari de cărbune. Ca înăsprirea reglementărilor privind emisiile de NOx și de a reduce costul ultimului dintre astfel de sisteme pot fi competitive în comparație cu reconstrucția sistemului de ardere, în scopul de a reduce formarea de NOx.
Cea mai importantă tendință este combinarea acestor două tehnologii (SLE și SNKV). Acest proces poate fi realizat conform următoarei scheme: furnizarea de amoniac sau uree în zona de temperatură înaltă (sistemul SNCR) are ca rezultat o reducere parțială a NOX și o creștere a conținutului de amoniac din gazele de ardere. Prin adăugarea unei cantități mici de catalizator la fluierele datorate amoniacului, este posibil să se obțină o recuperare NOX suplimentară. În acest caz, catalizatorul este plasat pe suprafața încălzitorului de aer.
În comparație cu SCR, sistemul SNKV nu necesită costuri semnificative de investiții, însă eficiența acestui sistem de curățare este mult mai scăzută.
Dacă este necesar, prin intermediul RNCS poate reduce emisiile de NOx în comparație cu jumătatea inițială și prin reducere catalitică selectivă (SCR) este de 5 - 10 ori.
În implementarea practică a sistemului SNCR, apar o serie de dificultăți:
1) este imposibil să se asigure temperatura optimă a gazelor de ardere pe întreaga secțiune a coșului de fum;
2) este imposibil să se prevină o schimbare de temperatură în zona de reacție atunci când sarcina cazanului se schimbă;
3) lungimea insuficientă a zonei de reacție pentru a asigura timpul necesar de reacție;
4) nu este posibilă distribuirea amoniacului de-a lungul secțiunii transversale a gazelor de ardere, astfel încât raportul NH3 / NOX să fie aproape de cel mai optim peste tot.
Astfel, eficiența de curățare depinde de caracteristicile de proiectare ale cazanului și de dimensiunile acestuia.
Sistemul de reducere catalitică a NOX este cel mai eficient și mai bun pentru reducerea oxizilor de azot din gazele de ardere ale cazanelor cu abur puternic. În străinătate, sa numit tehnologia lui DENOX.
Este cunoscut faptul că gazele de ieșire conțin un număr mare de compuși chimici foarte diferiți. Sistemul de reducere catalitică se bazează pe faptul că reactantul chimic introdus în fluxul de gaze interacționează predominant cu NOX. Selectivitatea bună (selectivitatea) pentru a reduce conținutul de NOX din gazele de ardere este amoniacul MH3. Cu toate acestea, reacțiile chimice ale amoniacului cu NO și NO2 sunt eficiente numai la temperaturi foarte ridicate (900-1000 ° C).
Catalizatorii sunt utilizați pentru a reduce temperatura. Reacțiile cu monoxid de azot N0 apar pe suprafața exterioară a catalizatorilor și au forma:
Dioxidul de azot NO2 prezent în gazele de evacuare ale cazanului (nu mai mult de 5% din acesta) intră cu amoniacul în reacții ușor diferite:
În plus față de aceste reacții pe catalizator, sunt posibile reacții nedorite:
Efectul S03 asupra funcționării centralei termice va fi discutat separat.
Catalizatorii sunt următorii:
1) activitate ridicată de reducere a NOX în N2 într-un interval de temperatură mare;
2) selectivitate ridicată (selectivitate) prin NOX;
3) activitate scăzută a reacțiilor cu oxizi de sulf;
4) rezistența la abraziune prin particule solide și otrăvirea catalizatorului;
5) viață lungă.
Aceste cerințe sunt îndeplinite de următoarele materiale: 1) oxizi de titan, aluminiu sau siliciu sub formă poroasă; 2) amestecuri de vanadiu, molibden, tungsten și o serie de alte metale.
Instalațiile care implementează metoda SCR (instalații SLE) au o eficiență maximă în intervalul de temperatură de 340-380 ° C. La temperaturi ale gazelor de ardere sub 340 ° C, intensitatea reacțiilor nedorite (de exemplu NOX cu O2) crește. La o temperatură de 450 ° C și mai sus, există pericolul unei scăderi semnificative a eficienței catalizatorului.
Efectul curățării gazelor de ardere se caracterizează prin gradul de purificare, în%, determinat de formula
unde u este concentrația de NOx la intrarea și ieșirea catalizatorului.
În Fig. 4.4 prezintă dependența gradului de curățare a gazelor de ardere în instalațiile SCR și SNKV la temperatura gazelor de ardere și excesul de amoniac. Curbele corespund diferitelor valori ale "a" (un exces de amoniac) comparativ cu raportul stoechiometric dintre NOX și NH3.
Figura arată că atât instalarea SCR și SNCR-instalarea pe gradul de purificare a gazelor de ardere poate fi crescută până la 90%, dar aceste setări diferă mult una de alta printr-un debit de NH3 de amoniac. Dacă rata de purificare instalare SCR 90% se realizează la un raport molar de a = 0,9, m. E. Amoniac dozat în cantități insuficiente, apoi RNCS-instalarea aceeași eficiență se realizează la un raport molar de NH3 și NOx egal cu 2,5, adică cu un exces mare de amoniac.
Fig. 4.4. Dependența gradului de curățare a gazelor de ardere de la oxizii de azot ai instalațiilor SCR și SNKV la temperatura gazelor de ardere
(a este raportul molar dintre NH3 și NOx)
Teoretic, există posibilitatea de a îmbunătăți în continuare eficiența instalației SLE, dar pentru aceasta este necesar să se mărească excesul de amoniac. În acest caz, există un pericol de descoperire nedorită și o creștere a concentrației de NH3 în spatele catalizatorului și în gazele de ieșire.
Potrivit producătorilor, catalizatorul are trei caracteristici legate reciproc, prezentate în Fig. 4.5:
1) gradul de purificare a gazelor (reducerea concentrației de NOx în gazele de ardere);
2) debitul de NH3 (cantitatea de amoniac la ieșirea din unitate);
3) volumul catalizatorului
Fig. 4.5. Interrelarea caracteristicilor principale ale catalizatorului
(gradul de purificare a debitului de amoniac și volumul de catalizator Vc)
Relația dintre aceste caracteristici este prezentată în Fig. 4.5 (datele firmei Steinmüller, Germania). Așa cum se poate observa din figură, același grad de purificare a gazelor de ardere din NOx poate fi realizat utilizând un catalizator cu volum mare cu un mic curent de amoniac NH3 și un catalizator cu volum mic, cu o amplitudine mare de amoniac.
În intervalul 80-85% există o relație aproape liniară între debitul de amoniac și volumul catalizatorului.
Elementul principal al instalației SLE este un reactor catalitic, al cărui dispozitiv este prezentat în Fig. 4.6. Se compune din elemente ceramice separate ale unei structuri celulare care module și este colectată în conductă este instalat în cazan în mai multe straturi. În Fig. 4.7 prezintă dependența modificărilor concentrației de NOx și NH3 prin trecerea gazelor de ardere printr-un reactor catalitic cu trei straturi. Din figură rezultă că cel mai "încărcat" este primul strat al reactorului, care reprezintă cea mai mare parte a reducerii NOX.
Odată cu trecerea timpului, eficiența catalizatorului scade, este necesar să se mențină eficiența inițială a operării catalizatorului în timp, prin creșterea deschiderii amoniacului. Păstrarea unui progres constant al amoniacului conduce la o scădere a eficienței catalizatorului pentru reducerea NOX în N2.
Dacă catalizatorul constă din mai multe straturi, reducerea azotului (reducerea NOX) în primul strat este de mai multe ori mai mare decât în ultimul strat. Această diferență se datorează concentrațiilor diferite de amoniac și oxizi de azot.
Când reactorul funcționează, activitatea straturilor de catalizator scade (scăderea eficienței, creșterea progresivă a amoniacului). Stratul superior este epuizat, urmat de cel de-al doilea etc. Timpul de funcționare garantat al catalizatorului este determinat prin menținerea conținutului limitat de NOX la ieșirea din reactor cu un nivel minim de admisie a NH3.
Schimbarea activității reactorului catalitic în timp este prezentată în Fig. 4.7. Din figură se poate observa că activitatea inițială (capacitatea de a restabili NOX) din toate straturile de catalizator este aceeași. Schimbarea ulterioară a activității depinde de poziția patului de catalizator: primul strat își pierde activitatea ("focurile") mai repede decât cele ulterioare, deci este înlocuit (aproximativ după doi ani de funcționare) mai întâi. Cel de-al doilea strat "este declanșat" după aproximativ trei până la patru ani, iar înlocuirea sa este de asemenea efectuată. Înlocuirea celui de-al treilea strat ca rezultat al reducerii activității sale la valorile limită se efectuează după 4,5 ani.
Este foarte important să alegeți schema optimă pentru comutarea instalației SLE în traseul de gaz al cazanului. Sunt posibile două variante ale schemei de comutare:
2) Instalația SLE este pornită după un precipitator electrostatic și o desulfurare (instalare "rece" SLE).
Fiecare schemă de incluziune are avantaje și dezavantaje. Schema optimă de incluziune ar trebui aleasă ținând seama de rezultatele studiului de fezabilitate.
Fig. 4.6. Unitate de reacție catalitică
Fig. 4.7. Modificarea concentrației de NOX și NH3 în timpul trecerii gazelor de ardere prin catalizatorul tri-strat al reactorului
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: