[发明专利]一种基于脱汞脱氨改性催化剂的SNCR‑SCR联合脱硝系统及其脱硝方法

说明书

技术领域

本发明属于燃煤锅炉排放的大气污染物控制技术领域，具体涉及一种基于脱汞脱氨改性催化剂的SNCR-SCR联合脱硝系统及其脱硝方法。

背景技术

电力是社会经济发展的重要能源支柱，我国目前电力来源依然以燃煤发电为主。煤炭在燃烧过程中会产生大量的气态污染物，如二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_x)、烟尘、以及汞等重金属，因此燃煤电厂必须配备相应的脱硫、脱硝、除尘等环保设施，以保证燃煤烟气经过净化之后实现达标排放。

目前我国燃煤中含汞量偏高，燃煤烟气中汞污染问题较为严峻。烟气中的汞存在形式主要包括气相汞(零价汞Hg⁰和气相二价汞Hg²⁺)与固相汞颗粒，这三者称为总汞。对于固相汞，静电除尘器和布袋除尘器等除尘设备对烟气中的汞具有较好的去除效果，其中经过布袋除尘器后能去除约99％的固相汞颗粒。对于二价汞，脱硫设施的温度相对较低，有利于零价汞和二价汞的吸收，是目前去除汞最有效的净化设备，由于烟气中的二价汞极易溶于水或其他吸收液体，因此湿式脱硫系统对汞具有较好的去除效果，用石灰石做吸收剂的脱硫系统对总汞的去除率为10％～84％，具体效果主要受烟气中二价汞含量的影响，因此在进入脱硫塔之前，将烟气中的零价汞氧化为二价汞，可使脱硫系统的脱汞效率达到90％左右。对于零价汞，由于其易挥发性和低水溶性，很难被现有烟气净化装置去除，而利用现有的选择性催化还原脱硝(Selective Catalytic Reduction，SCR)装置，将烟气中的零价汞转化为二价汞，进而被脱硫塔吸收脱除，是目前燃煤电厂烟气脱汞最为行之有效的方法。

目前常见的脱硝技术主要有SCR脱硝系统、选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR)脱硝系统、SCR-SNCR联合脱硝系统，各种脱硝工艺都具有各自的技术优势和缺点。

SCR工艺脱硝效率可达90％以上，是脱硝效率最高、最成熟的脱硝技术，但SCR在运行过程中存在诸多问题。在煤粉锅炉机组启动过程中，由于烟气温度较低，无法达到SCR脱硝系统的正常工作温度，SCR脱硝系统无法进行喷氨和脱硝工作，并且锅炉在开始启动过程中烟气含氧量较高，因此NO_x排放浓度会在一段时间内严重超标，无法满足国家能源局提出电厂全负荷脱硝的要求。SCR脱硝系统在运行一段时间后，由于流场分布变化、NO_x浓度分布变化、催化剂部分区域堵塞或失活等原因，使SCR脱硝系统出口的氨逃逸浓度大幅升高，逃逸氨与烟气中的SO₃反应生成脱硝副产品硫酸氢铵(Ammonium Hydrogen Sulfate，AHS)，从而导致后续空气预热器等设备腐蚀和堵塞、静电除尘器极板积灰板结、袋式除尘器糊袋等问题，严重威胁到机组的正常稳定运行，甚至会导致机组的非计划停机。SCR催化剂会使烟气中部分SO₂转化为SO₃，且转化率随着SCR催化剂层数的增加而增大，从而促进了硫酸氢铵生成量的增加，加重了后续设备发生堵塞、腐蚀的可能性。SCR系统对汞也有一定的脱除效果，SCR催化剂可将烟气中的零价汞转化为二价汞，进而被后续的FGD脱硫塔吸收脱除，然而现有常规的SCR催化剂在烟气中HCl浓度较低时，对零价汞的氧化转化率较低，因此有待进一步研究与改进。

SNCR工艺是把氨水或尿素溶液等还原剂喷到锅炉炉膛800℃～1250℃的区域，还原剂溶液中热解出的NH₃和烟气中的NO_x发生反应，生成N₂和H₂O。相比于SCR系统而言，SNCR占地面积小，运行维护费用低，锅炉低负荷条件下仍然可以喷氨脱硝，尤其适合老电厂的改造。但是SNCR脱硝效率仅为30％～75％，对于大型煤粉锅炉而言，SNCR工艺的脱硝效率通常在40％以下，单一地采用SNCR难以满足严格的脱硝要求。并且SNCR的最优工作温度范围较窄，必须在炉内不同温度区域安装多层喷嘴，且平时运行所产生的氨逃逸浓度较大，远超过行业标准DL/T 296-2011《火电厂烟气脱硝技术导则》中3ppm的排放浓度要求。SNCR系统由于不存在催化剂，因此无法对烟气中的汞进行脱除。