低温条件下烟气脱硫脱硝技术的研究与应用

络遇 李虎 曾毅夫等 中字

本文分析了我国工业锅炉、水泥玻璃窑炉、化工厂和酸洗设备面临的烟气脱硫脱硝难题,针对低温SCR催化剂开发情况和应用实例,介绍了我国低温SCR技术的发展;综述了活性焦法低温烟气脱硫脱硝工艺和湿法有机催化氧化烟气脱硫脱硝技术的工艺原理、流程和技术特点,并通过工程案例进行了运行经济评估。

1、前言

我国烟气脱硝市场中,选择性催化还原(SCR)技术是电站锅炉NO排放控制的主要技术。但是,除电站锅炉外,国内分布广泛而数量众多的工业锅炉、水泥玻璃窑炉、冶金钢铁烧结炉、化工厂和酸洗设备等对NO排放总量的贡献与电站锅炉相当。由于其烟气温度处于120cC~300。c范围内,远低于SCR催化剂活性温度区间,而我国目前尚没有成熟的低温SCR治理技术,需要使用复杂的换热器系统才能应用SCR技术,增加了能耗和设备投资,因此这些行业面临着艰巨的N0减排困难。

由于工业锅炉、水泥玻璃窑炉、冶金钢铁烧结炉、化工厂和酸洗设备排放的s0,广泛采用的是在脱硝装置后增加湿法脱硫系统,即湿式石灰石一石膏脱硫工艺,因此联合脱硫脱硝工艺不仅占地面积大,且投资和运行费用也较高,同时湿法脱硫会产生大量工艺废水,每年产生的大量副产品石膏也只能堆置处理,既浪费资源、占用场地,又会产生二次污染。

针对我国烟气脱硫脱硝行业面临的难题,开发低温条件下可资源化的烟气脱硫脱硝技术是我国实现可持续发展的重要措施,将带来巨大的经济效益和环境效益。

2、低温条件下烟气脱硫脱硝新技术

以工业锅炉、玻璃炉窑、水泥炉窑和冶金烧结炉等为主的中小型燃煤锅炉排放的烟气温度远低于催化剂工艺成熟的v^05-WO3-MoO/'rio。催化剂活性温度,导致工业锅炉、玻璃炉窑、水泥炉窑和冶金烧结炉等为主的中小型燃煤锅炉NO排放控制面临着巨大的挑战。

2.1低温SCR技术

在国内外很多研究单位开展了对低温SCR催化剂的研究,主要研究内容包括了低温催化剂和催化剂载体,应在以下一些方面作进一步的研究。

(1)针对不同的载体,如炭材料、金属氧化物催化NA]?OTiO,和金属离子交换分子筛催化~]ZSM一5等,开发高效的低温scR催化剂;

(2)SCR催化剂原材料表面改性技术和配方。即调整催化剂表面酸碱性,以获得更多的酸性活性基团,增强对还原剂NH的吸附,或在高效的载体上配合不同的活性物质,如V、W、Mn、Cu、Ni~lPt等金属氧化物,使催化剂具有高的抗s0,和水蒸气活性。表1列举了使用不同载体以及表面阳离子修饰技术制备的不同催化剂在较低温度下(150cC~250cC)的脱硝活性。

低温SCR催化脱硝技术的应用是一项非常复杂的工程,面临着众多应用领域。表2列举了我国低温SCR技术在酸洗行业、玻璃窑炉和钢铁锅炉烟气治理中的应用。

用NH选择性还原N0的低温SCR工艺的研究已经取得了很大的成绩,但是与中高温SCR或其他烟气脱硝工艺相比,低温SCR脱硝工艺存在以下问题:

(1)低温催化剂的研究和开发仍然需要进一步深入,包括催化剂本身活性和有效温度范围的研究;

(2)由于温度降低后,氨和三氧化硫形成的硫氨化合物更加容易黏附在催化剂表面,要求低温催化剂对烟气中的二氧化硫具有更低的氧化率;

(3)低温下烟气中的水蒸气对催化剂的影响研究有待进一步深入;

(4)基于炭材料载体的大型化生产问题。

今后的研究方向就是要进一步改进低温催化剂性能方面存在的不足,不断改进SCR工艺的设备设计,进行实验研究和工程应用相结合,寻求提高效率、降低造价和运行成本的途径。这将使SCR工艺不仅具有良好的环境效益,同时也具有良好的经济效益和更广阔的应用前景。

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