Másodlagos intézkedések a kibocsátás csökkentésére
Szelektív füstgáztisztító rendszerek NOx-ból
A nitrogén-oxidokból származó kazánokból származó füstgázok tisztításához szelektív, nem katalitikus (SNCR) és katalitikus (SCR) módszereket alkalmaznak az NOX molekuláris nitrogéngá történő csökkentésére. Ezekben ammóniát alkalmaznak redukálószerként. A nem katalitikus rendszerek egyszerűbbek, építési költségeik nem drágábbak, mint az égők cseréje, és a hatásfok meglehetősen magas: a nitrogén-oxid kibocsátás 40-60% -kal csökken. Ammónia (ammónia víz, karbamid) kerül be a kazán füst magas hőmérsékletű (900 - 1100 ° C) területére, keringtetett gázokkal, levegővel vagy gőzzel. A nitrogén-oxidok SNCR-módszerrel történő szüneteltetésének technológiai módszerei a szénégetés során lehetővé teszik a nitrogén-oxidok koncentrációját füstgázokban 300 mg / m-re.
Európában, az Egyesült Államokban és Japánban az SCR és SNCR rendszereket gyakran alkalmazzák nagy szénerőművekre. Mivel a NOx-kibocsátások normái szigorúbbak és az ilyen rendszerek költsége csökken, az utóbbi versenyképes lehet az égetési rendszer rekonstrukciójához képest az NOX képződésének csökkentése érdekében.
A legfontosabb tendencia e két technológia (SLE és SNKV) kombinációja. Ez a folyamat a következő séma szerint hajtható végre: az ammónia vagy a karbamid elárasztása a magas hőmérsékletű zónába (SNCR rendszer) az NOX részleges csökkenését és a füstgázok ammóniatartalmának növekedését eredményezi. Az ammónia miatt kis mennyiségű katalizátor hozzáadásával az úszókhoz további NOX-visszanyerést biztosíthatunk. Ebben az esetben a katalizátor a levegő felmelegítő felületére kerül.
Az SCR-hez képest az SNKV rendszer nem igényel jelentős beruházási költségeket, azonban a takarítási rendszer hatékonysága jóval alacsonyabb.
Szükség esetén az SNCR használatával a Nox kibocsátást az eredetivel összehasonlítva 2-szeres mértékben csökkenteni lehet, és szelektív katalitikus redukcióval (SCR) 5-10 alkalommal.
Az SNCR rendszer gyakorlati megvalósításában számos nehézség merül fel:
1) lehetetlen biztosítani a füstgázok optimális hőmérsékletét a füstgáz teljes szakaszán;
2) a kazán terhelésének megváltozása esetén lehetetlen megakadályozni a hőmérsékleti változást a reakciózónában;
3) a reakciózónák elégtelen hossza a szükséges reakcióidő biztosítása érdekében;
4) az égéstermék-keresztmetszet mentén nem lehet az ammóniát eloszlatni úgy, hogy az NH3 / NOX arány közel mindenütt optimális legyen.
Így a tisztítás hatékonysága a kazán tervezési jellemzőitől és méreteitől függ.
Az NOX katalitikus redukáló rendszer a leghatékonyabb, és a nagy teljesítményű gőzkazánok füstgázaiban levő nitrogén-oxidok csökkentésére képes. Külföldön, a DENOX technológiájának nevezték.
A kimenő gázokról ismert, hogy számos nagyon különböző vegyi vegyületet tartalmaznak. A katalitikus redukciós rendszer azon a tényen alapul, hogy a gázáramba bevezetett kémiai reagens túlnyomórészt NOX-vel kölcsönhatásba lép. A füstgázok NOX-tartalmának csökkentésére szolgáló jó szelektivitás (szelektivitás) az ammónia MH3. Azonban az ammónia NO és NO2 kémiai reakciói csak nagyon magas hőmérsékleten (900-1000 ° C) hatásosak.
Katalizátorokat alkalmaznak a hőmérséklet csökkentésére. N02 nitrogén-monoxiddal való reakciók a katalizátorok külső felületén fordulnak elő, és a következő alakúak:
A kazán kipufogógázaiban jelen lévő NO2 nitrogén-dioxid (legfeljebb 5% -a) enyhén eltérő reakciókba lép az ammóniával:
A katalizátorral kapcsolatos reakciók mellett nemkívánatos reakciók is lehetségesek:
Az SO3 hatása a kazántelep működésére külön kerül megvitatásra.
A katalizátorok a következők:
1) nagy aktivitású NOx-csökkenés N2-ben széles hőmérsékleti tartományban;
2) magas szelektivitás (szelektivitás) NOX-vel;
3) kén-oxidokkal végzett reakciók alacsony aktivitása;
4) szilárd részecskékkel való kopás és a katalizátor mérgezése;
5) hosszú élettartam.
Ezeket a követelményeket a következő anyagok teljesítik: 1) titán, alumínium vagy szilícium oxidjai porózus formában; 2) vanádium, molibdén, volfrám és számos egyéb fém keveréke.
Az SCR-módszereket (SLE-létesítmények) megvalósító létesítmények maximális hatékonysággal rendelkeznek a 340-380 ° C hőmérséklet-tartományban. A 340 ° C alatti füstgáz hőmérsékleten a nem kívánatos reakciók (például az O2-vel történő NOX-tartalom) intenzitása nő. 450 ° C vagy annál magasabb hőmérsékleten fennáll a veszélye annak, hogy a katalizátor hatékonysága jelentősen csökken.
A füstgáz tisztításának hatását a tisztítás mértékének% -ban határozzuk meg, amelyet a képlet határoz meg
ahol u az NOx koncentrációja a katalizátor bemeneti és kimeneti részében.
Az 1. ábrán. A 4.4. Ábrán látható, hogy a füstgázok tisztításának mértéke az SCR - és az SNKV - létesítményekben a füstgázok és a felesleges ammónia hőmérsékletén függ. A görbék megfelelnek az "a" (ammónia feleslegének) különböző értékeinek, összehasonlítva az NOX és az NH3 sztöchiometrikus arányával.
Az ábra azt mutatja, hogy mind az SCR telepítés és SNCR-telepítést a tisztítás foka füstgáz növelhető 90%, de ezek a beállítások nagyban különböznek egymástól áramlási sebességgel NH3 ammónia. Ha SCR telepítési tisztítási aránya 90% nál éri el mólarányban a = 0,9, m. E. Ammónia adagoljuk elegendő mennyiségben, majd SNCR-létesítmény az ugyanazt a hatékonyságot érjük mólarányban NH3 és NOx egyenlő 2,5, azaz nagy ammónia felesleggel.
Ábra. 4.4. Az SCR és az SNKV berendezések nitrogén-oxidjaiból származó füstgázok tisztításának mértéke a füstgázok hőmérsékletén
(a az NH3 és NOX mólaránya)
Elméletileg van lehetőség az SLE berendezés hatékonyságának további javítására, de ehhez meg kell növelni a felesleges ammónia mennyiségét. Ebben az esetben fennáll a nemkívánatos áttörés veszélye és az NH3 koncentrációjának növekedése a katalizátor és a kimenő gázok mögött.
A gyártók szerint a katalizátor három kölcsönösen összefüggő tulajdonsággal rendelkezik, amelyeket az 1. ábrán mutatunk be. 4.5:
1) a gáz tisztításának mértéke (az NOX-koncentráció csökkentése füstgázokban);
2) NH3 áttörés (ammónia mennyisége az egység kimenetén);
3) a katalizátor térfogata
Ábra. 4.5. A katalizátor fő jellemzőinek kölcsönös összefüggése
(az ammónia áttörésének tisztasága és a Vc katalizátor térfogata)
Ezeknek a tulajdonságoknak az összefüggése a 3. ábrán látható. 4,5 (cégadat Steinmüller, Németország). Amint az ábrából látható, az azonos mértékű tisztítására füstgáz NOx érhető el egy katalizátort, egy nagy mennyiségű, hogy néhány áttörést ammónia NH3 és a katalizátort kis térfogatú, amelyek a magas ammóniaslipet.
A 80-85% tartományban majdnem lineáris összefüggés van az ammónia áttörése és a katalizátor térfogata között.
Az SLE berendezés fő eleme egy katalitikus reaktor, amelynek eszköze az 1. ábrán látható. 4.6. A méhsejtszerkezet különálló kerámiatestekből áll, amelyek modulokba vannak szerelve és a kazán gázvezetékébe több rétegben vannak elhelyezve. Az 1. ábrán. A 4.7. Ábra mutatja a NOX és az NH3 koncentráció változásának függését a füstgázok átjutása során egy háromrétegű katalitikus reaktorban. Az ábrán látható, hogy a leginkább "terhelt" a reaktor első rétege, amely a NOX-csökkentés nagy részét képezi.
Az idő múlásával a katalizátor hatékonysága csökken, a katalizátor működésének kezdeti hatékonyságát idővel meg kell tartani az ammónia áttörésének növelésével. Az ammónia állandó áttörésének megőrzése a katalizátor hatékonyságának csökkenését eredményezi a NO2 N2-ben történő csökkentésére.
Ha a katalizátor több rétegből áll, a nitrogén (NOX redukció) csökkentése az első rétegben sokszor nagyobb, mint az utolsó rétegben. Ez a különbség az ammónia és a nitrogén-oxid különböző koncentrációi miatt következett be.
Amikor a reaktor működik, a katalizátorrétegek aktivitása csökken (a hatékonyság csökken, az ammónia áttörés növekedése). A felső réteg kimerült, ezt követi a második, stb. A katalizátor garantált működési idejét úgy határozták meg, hogy a korlátozó NOX-tartalmat a reaktor kimeneti nyílásánál az NH3 minimális áttörésénél tartják.
A katalitikus reaktor aktivitásának időbeli változása a 3. ábrán látható. 4.7. Az ábrából látható, hogy az összes katalizátorréteg kezdeti aktivitása (a NOX helyreállításának képessége) ugyanaz. Az aktivitás további változása a katalizátorágy helyétől függ: az első réteg gyorsabban veszíti el az aktivitását ("tüzek"), így a helyére (kb. Két évig tartó működés után) kerül sor. A második réteg körülbelül három-négy év elteltével "bekapcsolódik", és a csere is elvégezhető. A harmadik rétegnek a tevékenységének a határértékekre történő csökkentése eredményeképpen történő cseréje 4,5 év után történik.
Nagyon fontos választani az optimális sémát az SLE üzem átkapcsolására a kazán gázpályájára. A kapcsolási séma két változata lehetséges:
2) Az SLE telepítés elektrosztatikus felszívó és kéntelenítés után bekapcsol ("hideg" SLE-szerelés).
Mindegyik befogási rendszernek mind előnyei, mind hátrányai vannak. Az optimális befogadási rendszert a megvalósíthatósági tanulmány eredményeinek figyelembevételével kell kiválasztani.
Ábra. 4.6. Katalitikus reaktor egység
Ábra. 4.7. Az NOX és az NH3 koncentrációjának változása a füstgázok átjutása során a reaktor háromrétegű katalizátorán keresztül