玻璃窑炉烟气SCR脱硝工艺、设备和催化剂阅读数：0 最后更新：[2010/9/25 14:25:08]玻璃窑炉烟气SCR脱硝工艺、设备和催化剂摘要:“低碳减排、绿色生活”、“没有自然就没有人类;保护地球就是保护我们自已!”.工业快速发展,大量污染物排放己危及人类赖以生存的地球.地质灾害频发,己警示人们必须下大力气治理各种污染源.本文就如何用国产、有独立自主知识产权的选择性催化还原(SCR)催化剂治理玻璃窑炉烟气中的氮氧化物(NOx).从SCR脱硝工艺、设备和催化剂各个层面,阐述了SCR研究到工业应用的艰难历程.1. 环保形势十分严峻1.1. 氮氧化物(NOx)如何形成?NOx主要是燃料中含氮化合物在燃烧过程中被氧化而成,称为燃料型NOx.另一部分是空气中的氮气高温氧化所致,称为热力型NOx .化学反应如下:N2 + O2 = 2NO (1)NO + 1/2O2 = NO2 (2)还有很少一部分来自于火焰前沿燃烧的早期阶段,由碳氢化合物与氮气通过中间产物HCN、CN转化而成的NOx,称为瞬态型NOx .1.2. 氮氧化物对人类和大自然造成的危害氮的化合物主要是指一氧化氮和二氧化氮化合物。
①一氧化氮原本无毒无害，但当它发生反应转化成二氧化氮后，对环境就造成了极大的污染（又称光化学污染），并严重危害人的身体健康（它对红血球的亲和力超过CO的1000倍）。
②氮氧化物还严重地损坏保护地球的臭氧层。
③氮氧化物形成的酸雨还直接危害植物和农作物的生长④氮氧化物还会影响地下水质量1.3. 氮氧化物排放量十分惊人据《中国电力环保》2010年第一期P70报导:随着全国各个脱硫设施的建设,二氧化硫的冶理效果显现,氮氧化物正逐渐成为第一大酸性污染气体.据统计,2000-2005年我国氮氧化物排放从1100万吨增加到1900万吨,年均增长10%.2005年后,空气中氮氧化物浓度仍在不断上升.另据报导:NOx的污染源,火电厂＞流动污染＞钢铁冶炼＞玻璃窑炉……2. 脱硝现状与脱硝政策2.1. 脱硝技木与现状SCR烟气脱硝技术最早由美国发明,七十年代末在日本产业化,从而逐步走向世界!国内第一套SCR脱硝装置由台塑始建于福建漳州后石发电厂,规模60万千瓦机组,美国技术.现在所建SCR脱硝装置,催化剂全部进口.为了实现催化剂国产化,都采用进口技术、进口设备、进口原料进行加工.SCR核心技术仍掌握在外商手中!这种现状、高额费用,严重阻碍脱硝行业的迅速发展.国家希望SCR催化剂能真正国产化!并准备2013年起强制执行排放标准.(哥本哈根条约会促进环保事业的迅速发展!脱硝强制执行期将提前执行.)2.2. 国家在脱硝工作上的政策2.2.1. 《火电厂氮氧化物防治技术政策》编制说明1 总则(摘录)1.1编制的必要性1.1.1 从保护人体健康和生态环境的角度出发，需要对火电行业氮氧化物排放进行控制。
氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一.对人体健康有较大的危害。
当含量为（20～50）×10－6时，对人眼有刺激作用。
含量达到150×10－6时，对人体器官产生强烈的刺激作用。
据研究报导，氮氧化物除了作为一次污染物伤害人体健康外，还会产生多种二次污染。
氮氧化物是生成臭氧的重要前体物之一，氮氧化物排放量的增加使得我国酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变，硝酸根离子在酸雨中所占的比例从上世纪80年代的1/10逐步上升到近年来的1/3。
“十一五”期间，NOx排放的快速增长加剧了区域酸雨的恶化趋势，部分抵消了我国在SO2减排方面所付出的巨大努力2.2.2. 火电厂氮氧化物防治技术政策 ( 环发[2010]10号 2010-01-27实施)1总则(摘录)1.1为贯彻《中华人民共和国大气污染防治法》，防治火电厂氮氧化物排放造成的污染，改善大气环境质量，保护生态环境，促进火电行业可持续发展和氮氧化物减排及控制技术进步，制定本技术政策。
1.2本技术政策适用于燃煤发电和热电联产机组氮氧化物排放控制。
燃用其他燃料的发电和热电联产机组的氮氧化物排放控制，可参照本技术政策执行。
1.3本技术政策控制重点是全国范围内200MW及以上燃煤发电机组和热电联产机组以及大气污染重点控制区域内的所有燃煤发电机组和热电联产机组。
1.4加强电源结构调整力度，加速淘汰100MW及以下燃煤凝汽机组，继续实施“上大压小”政策，积极发展大容量、高参数的大型燃煤机组和以热定电的热电联产项目，以提高能源利用率。
2.2.3. 国家对NOx的排放标准《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）新建厂： 200mg/Nm3老厂: 240mg/Nm33. 玻璃窑炉烟气污染及治理标准3.1. 玻璃窑炉烟气脱硝形势严峻!3.1.1. 据2009年初步统计,全国玻璃产量达4000-4500万吨,其中平板玻璃2000多万吨、日用玻璃1164万吨、还有数百万吨其它玻璃制品.3.1.2. 玻璃制品生产工艺不同,有电炉、火焰炉、富氧炉、全氧炉……但都是通过高温获得玻璃.3.1.3. 高温会生成氮氧化物……另外生产玻璃的原料有大量的硝酸盐、硫酸盐、硅酸盐等化合物,高温时会大量释放氮氧化物、粉尘、硫化物等就无法避免!3.2. 玻璃窑炉烟气治理标准国家对氮氧化物的治理采取区域性、重点治理的政策.首先对工业较发达的珠三角、长三角、环渤海地区,结合世博会、亚运会、奥运会进行重点治理,对在指定时间,能进行相关治理的项目,国家给予相关政策和补偿.据了解:在现阶段氮氧化物重点治理在火电厂、水泥厂.玻璃窑炉烟气脱硝治理标准尚未出台,但治理这类污染源是迟早要强制执行的.4. SCR是脱硝的主流技术处理玻璃窑炉烟气的方法有三种: 1．液体吸收法:液体吸收法包含水吸收法、稀硝酸吸收法、碱性溶液吸收法、氧化-吸收法、吸收-还原法、络合吸收法六种。
水吸收法：用水作吸收剂对NO X进行吸收，吸收效率低，仅可用于气量小、净化要求不高的场合，不能净化含NO为主的NO X。
稀硝酸吸收法：用稀硝酸作吸收剂对NO X 进行物理吸收与化学吸收，可以回收NO X，消耗动力较大。
碱性溶液吸收法：用NaOH、Na2CO3、Ca(OH)2、NH4OH 等碱溶液作吸收剂对NO X进行化学吸收，对于含NO较多的NO X废气，净化效率低。
氧化-吸收法：对于含NO 较多的NO X废气，用浓硝酸、O3、KMnO4等作氧化剂，先将NO X中的NO部分氧化成NO2，然后再用碱溶液吸收，使净化效率提高。
吸收-还原法：将NO X吸收到溶液中，与(NH4)2SO3、(NH4)HSO3、Na2SO3等还原剂反应，NO X被还原为N2，净化效率较好。
络合吸收法：利用络合吸收剂FeSO4、Fe(Ⅱ)-EDTA及Fe(Ⅱ)-EDTA- Na2SO3等直接同NO反应，NO生成的络合物加热时重新释放出NO，从而使NO能富集回收。
六种液体吸收法中，较常用的是碱液吸收法和氧化-吸收法。
2．固体吸附法:固体吸附法是用丝光沸石分子筛、泥煤、风化煤等吸附废气中的NO X，将废气净化。
3．催化还原法；催化还原法包含非选择性催化还原法和选择性催化还原法两种：非选择性催化还原法：用CH4、H2、CO及其它燃料气作还原剂与NO X进行催化还原反应，废气中的氧参加反应，放热量大。
选择性催化还原法：用NH3作还原剂,将NO X催化还原为N2，废气中的氧很少与NH3反应，放热量小。
该法相对于液体吸收法和固体吸附法具有更多的优越性.氨选择性催化还原法（SCR）是目前世界公认的应用最多、最为成熟、最有成效的一种烟气脱硝技术。
4.1. 何为SCR脱硝技术SCR脱硝技术----即为选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction )英文的缩写.它是治理氮氧化物的主流技术.最早是美国申请的专利.二十世纪七十年代日本发展了该技术.并广泛用于工业化.后来又传入欧洲,近几十年随着人们对环保的重视,在世界各国得到快速推广.4.2. SCR脱硝的基本原理4.2.1.烟气中NO x的含量：火力发电厂燃煤排放的氮氧化合物有两种：燃料型NO x占75%，热力型NO x占25%。
但对运行在很高温度下的旋风炉和其它锅炉，这种比例就不一样了。
另外，燃料的含氮量、燃料采用的过剩空气量、燃料和空气的混合程度、火焰温度以及在该温度下停留时间等因素都决定着烟气中NO x的含量。
4.2.2.SCR反应化学计量与付反应：N2 + O2 = 2NO 热力型NO x -----------①NO + 1/2O2 = NO2高温氧化型 NO x -----------②现在公认典型的SCR反应化学计量方程式是：4NH3 + 4NO + O2 = 4N2 + 6H2O ------------------- ③有关烟气硝硝的催化机理，许多学者都进行了深入研究，并用同位数标记了反应物，例如有氧和无氧状态下的反应方程式：五氧化二钒（V2O5）系列催化剂在有氧（O2）存在下也能还原氮氧化物（NO x）：4NH3 + 2NO2 + O2 = 3N2 + 6H2O -------------------④五氧化二钒（V2O5）系列催化剂在无氧（O2）存在下化学计量改变为下式：4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O ---------------------------⑤NO和NH3反应也能通过不同途径产生付产物N2O：4NH3 + 4NO + 3O2 = 4N2O + 6H2O ----------------⑥一般认为SCR的反应条件：NH3/NO=1, 在无氧（O2）与小于400℃下反应按③反应方程式计量是最好。
按照反应过程要求产生氮气(N2)，其选择性要求接近100%，NH3/NO的mol比等于1。
很明显，SCR催化反应③必须要比竞争反应⑥和其它副反应较快，V2O5-- WO3/ TiO2和V2O5-- MoO3/ TiO2工业催化剂显示出在有氧（O2）过量以及温度277℃条件下NO几乎全部转化成N2。
在反应温度375--425℃内，反应③发生选择性催化反应，没有N2O生成。
可是在较高温度下，NO转化很快就减少。
V2O5-- WO3/ TiO2和V2O5-- MoO3/ TiO2工业催化剂对氨（NH3）氧化也有付反应⑦但是所需反应比反应③要高。
2NH3 + 3/2O2 = N2 + 3H2O --------------------------⑦通过上述对SCR催化机理的分析，我们看到有NO存在时，促成通过反应③而取代竞争反应⑥⑦等副反应而消耗氨（NH3）。
这就指出了SCR反应和氨（NH3）氧化反应包含着不同速率控制步骤。
4.2.3. SCR脱硝的基本原理结合上述SCR反应机理的探讨，我们把火电厂烟气SCR脱硝催化剂的工作原理可以形象地用下图表示之。