煙氣脫硝的案例
燃煤電站SCR煙氣脫硝CFD技術的研究進展
摘要：選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術雖然應用廣泛,但催化劑磨損、堵塞及還原劑與煙氣混合不均等問題時有發生,CFD技術可多角度模擬現場情況,有助于問題的解決.對國內外燃煤電站SCR煙氣脫硝CFD技術的研究進行了綜述,在對文獻進行梳理的基礎上,闡述了計算流體力學CFD軟件在SCR煙氣脫硝模擬中的應用情況。
其主要領域包括:流場模擬、組分濃度場模擬、氣固兩相流模擬、化學反應模擬等.指出合理均勻的流場是整個SCR系統經濟安全運行的基礎;耦合詳細反應機理的SCR模型與鍋爐燃燒、SNCR等模型的聯合模擬是未來研究的重點.
選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術作為一種高效的NOx控制技術,在燃煤電廠得到廣泛的應用。然而,由于燃煤機組負荷、煤質多變且現場運行缺乏理論指導,SCR煙氣脫硝系統在投運過程中往往出現較多問題。
雖然國內外學者對SCR數值模擬技術做了較多研究,但其仍未完全成熟,主要有以下因素:(1)SCR模擬一般是在假設反應器入口速度、組分濃度、溫度等邊界參數均勻分布的基礎之上進行的;(2)SCR反應器內復雜的化學反應及氣固兩相流動過程,靠單一的CFD軟件難以實現。本文對國內外關于SCR數值模擬的文獻進行了梳理和總結,在介紹SCR關鍵技術的同時指出其在工程運行中存在的問題,為數值模擬研究提供借鑒。
1流場的數值模擬
SCR煙氣脫硝系統如圖1所示。SCR煙氣脫硝反應器(以下簡稱SCR反應器)通常布置在省煤器與空氣預熱器之間,受場地及空間位置等因素的制約,SCR反應器前往往存在1個或多個變截面煙道。變截面煙道會加劇反應器內流場的不均勻性,并且增大系統的壓降。
在設計SCR煙氣脫硝系統時,對反應器內噴氨格柵截面和首層催化劑入口截面速度的均勻性有嚴格要求,即這2個截面速度相對偏差系數均應控制在15％以內。
展開 煙氣脫硝（SCR)技術及相關計算
煙氣脫硝，按治理工藝可分為濕法脫硝和干法脫硝，目的是脫除煙氣中的氮氧化物。隨著現代工業生產的發展和生活水平的提高，氮氧化物的污染問題，也越發引人關注。本文主要介紹了煙氣脫硝（SCR）技術及相關計算。
循環流化床鍋爐低負荷下超低 NOx排放研究
煙氣再循環(FGR)技術是一種傳統的 NOx 排放控制技術，適用于現有 CFB 鍋爐的低氮改造，對于實現 CFB 鍋爐低負荷運行有獨特優勢。FGR通過在一次風中加入再循環煙氣，降低了進入密相區的氧氣濃度，在保證密相區流化風速的前提下，減少燃燒過程中 NOx 原始生成濃度;同時，由于再循環煙氣的加入，推遲了爐膛內的燃燒過程，提高了旋風分離器入口的煙氣溫度，有利于提高燃燒效率和 SNCR 脫硝效率。
1.2 低溫下 SNCR 脫硝工藝優化
SNCR 工藝的脫硝性能受反應溫度的影響很大，在 CFB 鍋爐低負荷下其反應溫度往往偏離最佳溫度窗口，導致脫硝效率大幅下降，氨逃逸量增加。目前，通常采用優化噴槍位置和改變還劑類型來提升鍋爐在低負荷下 SNCR 脫硝性能。通過優化旋風分離器入口煙道的 SNCR 脫硝噴槍布置，可強化還原劑與煙氣的摻混，提高還原劑的利用效率。此外，在 CFB 鍋爐爐膛中部增加噴槍，可提高鍋爐在低負荷時的 SNCR 脫硝性能。
在低溫條件下 SNCR 脫硝工藝還原劑方面，中試試驗和工程驗證發現氨水相比于尿素具有更好的適應低溫 SNCR 反應的特性，而通過在還原劑中混合添加劑的方式，在更低反應溫度下可以顯著提高 SNCR 脫硝效率。
1.3 尾部煙氣脫硝
在 CFB 鍋爐增加尾部煙氣脫硝系統，可在不受鍋爐負荷變化的條件下穩定實現 NOx 超低排放，通常在鍋爐尾部煙道增加選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置，或增加尾部煙氣凈化裝置，如活性焦脫硝、臭氧脫硝等。
我國有大量中小型燃煤熱電聯產機組，其中很大一部分使用 CFB 鍋爐，其負荷波動取決于機組對外的供熱量變化。隨著環保要求不斷提高，在全負荷下實現 CFB 鍋爐的 NO x 超低排放，特別是在低負荷下實現 NO x 超低排放是實際運行過程中存在的主要技術難題。
展開 某鋼鐵廠SCR脫硝，根據相對標準偏差研究催化劑上表面的偏差值，通過改進結構使偏差及阻力滿足要求 ￥15
某鋼鐵廠SCR脫硝項目中，以其中脫硝主體設備為研究對象，按照1：1對脫硝設備建立三維模型，并按要求設置進氣口管道和出氣口管道，進口為inlet，出口為outlet。
兩點說明：1.《火電廠煙氣脫硝工程技術規范》中規定對氣流均布可采用數值模擬的方法計算，但對于判定的標準并無規定。因此可借鑒我國通用的氣流分布均勻性的評定方法——相對標準偏差法進行判定，以下將有介紹。2.由于催化劑基材板厚0.7mm，板間距7mm，在整個催化劑模塊內相當于密實排布，而催化劑模塊在長×寬為10080mm×5000mm的脫硝殼體內也是無間隙排布。因此催化劑上平面可類比成等開孔率的分布板。若氣流在催化劑上平面分布均勻，則進入催化劑內部會更加均布。在脫硝模型中去掉催化劑模型，改為監測催化劑上平面100mm（模型中所標33m）處的氣流均布性能，該簡化是合理的。
三維模型圖及斷面監測位置
脫硝設備氣流模擬模型
在模型中速度監測斷面位置（33m位置打點斷面）
設備內部構件
計算模型
湍流模型采用標準k-e模型，湍流流場的計算采用有限體積法離散控制方程，算法采用SIMPLE算法，對流項采用一階迎風格式，近壁面采用壁面函數法處理。假定流體是不可壓縮的，作定常流動，整個模擬過程為等溫過程。
邊界條件
煙氣溫度為350℃，煙氣密度約為0.566kg/m3，煙氣動力粘度系數=3.14×10-5Pa?s
因有兩個進口，所以單個進口煙氣流量為325000m3/h。
入口斷面的當量水力直徑D：
D=2.294m，
湍流強度I：
I=2.77
入口邊界條件設置為速度入口，出口邊界條件設為壓力出口，壁面采用無滑移邊界條件。
計算結果及分析
定義
目前國際上還沒有統一的評定氣流分布均勻性的標準方法。
展開 
煙氣脫硫脫硝技術
2）還原劑可選擇性的與NOx反應，而不與煙氣中大量存在的氧化性物質反應。
3）還原劑必須價格低廉，以使脫除過程的低成本運作。
4）催化劑應大大降低NOx還原溫度。
5）催化劑應具有高的催化活性，以利于煙氣中低濃度NOx的有效還原。
6）催化劑選擇性的與還原劑與NOx的反應形成N2，而對還原劑與煙氣中其他氧化性物質的反應表現惰性。
7）催化劑應具有結構穩定。
8）催化劑不收煙氣其他祖墳的毒化。
對于鍋爐行業來說，一定要研究同時脫硫脫硝技術，目前國內多為單獨脫硫脫硝技術，這種方式造成設備重復建設，能耗大，人員成本、運行成本高，而同時脫硫脫硝技術則可以在一定程度上避免此類問題的發生。
展開 煙氣脫硫脫硝技術
5）催化劑應具有高的催化活性，以利于煙氣中低濃度NOx的有效還原。
6）催化劑選擇性的與還原劑與NOx的反應形成N2，而對還原劑與煙氣中其他氧化性物質的反應表現惰性。
7）催化劑應具有結構穩定。
8）催化劑不收煙氣其他祖墳的毒化。
對于鍋爐行業來說，一定要研究同時脫硫脫硝技術，目前國內多為單獨脫硫脫硝技術，這種方式造成設備重復建設，能耗大，人員成本、運行成本高，而同時脫硫脫硝技術則可以在一定程度上避免此類問題的發生。
基于VASP的錳銅基三維空心異質催化劑對NO和SO2的吸附特性研究
1研究背景
除了廣泛應用于煙氣脫硝的選擇性催化還原(SCR)方法外，由于具有靈活性、可控性和應用環境兼容性等優點，將NO催化氧化為NO2是另一種有前途的方法。然而，煙氣中NO和SO2的共存使得傳統的催化劑容易失活。近年來，異質空心結構的催化劑在很多催化領域中得到了廣泛的應用，通過控制催化劑異質界面間催化過程中的電荷轉移方向，實現層區電荷定向移動，形成正負電荷層區，此種策略有利于催化反應之間的串聯耦合，可以實現催化劑空間層的選擇性吸附作用，為解決脫硝催化劑中毒提供了一條可行的路徑。因此我們通過水熱自模板法合成了錳銅基三維空心異質催化劑，通過vasp研究催化劑的電子結構信息(差分電荷)，NO和SO2在該催化劑表面的吸附構型，吸附能
2 具體步驟
2.1 搭建錳銅基三維空心異質結構模型
首先是要搭建具有不同層間距的錳銅異質結構模型(2.0-3.0 ?)，并進行單點能的測試。通過結構能量最小原則，以此來確定模型的初始層間距離(2.2 ?)。
Figure 1. a-k) Single point energy of CuOX@MnOX calculation with different layer distances.
為了進行對比研究，如下圖所示，我們同時構建了單獨的CuOX和MnOX模型，并對CuOX@MnOX,CuOX,MnOX進行了結構優化。
Figure 2. a) Optimized structures of CuOX@MnOX. b) Optimized structures of CuOX. c) Optimized structures of MnOX.
展開 87種廢氣處理工藝流程圖
35、等離子噴淋塔廢氣處理工藝
36、脫硫脫銷工藝
37、噴漆廢氣處理工藝
38、半干法脫硫工藝
39、SCR煙氣脫硝工藝
40、臭氧脫硝工藝
41、SCNR噴氨脫硝工藝
42、吸附法處理酸性氣體工藝
43、QBF處理VOC廢氣
44、膜分離技術處理VOC廢氣
45、含苯廢氣處理工藝流程
46、活性炭吸附法處理廢氣
47、某制藥廠除臭工藝流程圖
48、熱氧化法焚燒廢氣
49、活性炭處理油氣工藝
50、生物濾池處理惡臭氣體
51、半干半濕法脫硫工藝
52、三相多介質催化氧化廢氣處理技術工藝流程圖
53、光強氧破壞法處理廢氣
54、氯乙烯廢氣處理工藝
55、含氟廢氣處理工藝
56、涂布行業廢氣處理
57、生物法處理有機廢氣
58、分子篩轉輪吸脫附工藝
59、氧化鎂法脫硫工藝流程圖
60、烘干廢氣處理流程
61、不含塵的有機廢氣處理
62、石灰漿中和+活性炭噴入 袋式除塵器的組合工藝
63、床式RTO處理高濃度有機廢氣
64、催化氧化爐處理中高濃度有機廢氣
65、多效生物床有機廢氣治理技術
66、沸石轉輪吸附濃縮+RTO蓄熱焚燒流程圖
67、分子篩-RTO法 處理涂裝廢氣
68、鈣-鈉雙堿法脫硫工藝流程圖
展開 揚子石化│乙烯裝置裂解爐低氮燃燒器改造及運行探討
3)隨著環保的要求越來越高，一旦NOx排放要求低于40mg/Nm3或更低，僅靠低氮燃燒器改造可能無法滿足要求，需在裂解爐對流段增加煙氣脫硝流程。
鎮海煉化│丙烷脫氫裝置空氣系統問題探討
空氣系統主要用于反應器脫氫床層再生再熱，空氣(1120t/h)經過濾器脫除雜質，利用壓縮機升壓至0.1MPa，壓縮后的空氣經空氣預熱器加熱至270℃，進入煙氣余熱鍋爐加熱至380℃，最后經空氣加熱爐加熱至630℃，加熱空氣進入反應器再生脫氫催化劑。從反應器流出的再生煙氣(10kPa，560℃)經非金屬膨脹節、煙氣余熱鍋爐在300℃條件下選擇性催化還原(SCR)脫硝后進入空氣預熱器，回收熱量后排至大氣。丙烷脫氫裝置空氣系統流程示意見圖1。
反應器催化劑再生需要1120t/h的空氣升溫至630℃才能滿足生產要求，因此空氣系統具有壓力低、溫度高、流量大的特點。在實際運行中空氣系統出現了一些問題：
①再生煙氣未脫硝之前呈棕黃色；
②在高負荷工況下，空氣系統非金屬膨脹節經常破損；
③煙氣余熱鍋爐入口錐段隔熱材料破損，導致煙氣余熱鍋爐錐段表面超溫，在長周期運行中，再生煙氣的氨逃逸率和NOx含量隨著SCR脫硝催化劑床層壓差上升而升高。
分析與討論
01
再生煙氣中污染物
空氣系統再生煙氣未脫硝時呈棕黃色，分析發現煙囪外排煙氣中的主要污染物為NOx。
①空氣加熱爐溫度對污染物含量的影響
在未安裝SCR脫硝催化劑床層前，空氣系統升溫時煙囪排放口的煙氣顏色有明顯的變化：加熱爐出口溫度較低時，外排煙氣顏色較淺；加熱爐出口溫度升至630℃時，煙氣顏色較深。對不同溫度下空氣加熱爐出口的再生煙氣取樣分析，結果見表1。
從表1可以看出，加熱爐出口溫度越高，煙氣中NOx含量越高，并且加熱爐出口煙氣中的污染物主要為NO。
展開 廢氣治理的工藝流程圖，超級全面，60種流程工藝！
38、臭氧脫硝工藝
39、SCNR噴氨脫硝工藝
40、吸附法處理酸性氣體工藝
41、QBF處理VOC廢氣
42、膜分離技術處理VOC廢氣
43、冷凝法處理有機廢氣
44、活性炭吸附法處理廢氣
45、熱破壞法處理有機廢氣
46、熱氧化法焚燒廢氣
47、活性炭處理油氣工藝
48、生物濾池處理惡臭氣體
49、膜分離法處理油氣
50、半干半濕法脫硫工藝
51、電子束聯合脫硫脫硝工藝
52、光強氧破壞法處理廢氣
53、氯乙烯廢氣處理工藝
停限產升級！C、D級鑄企燒結、球團一律停產
目前，全市鋼鐵企業燒結機全煙氣治理任務已完成15項，未完成19項；燒結機煙氣循環改造任務已完成31項，未完成44項；高爐煤氣脫硫治理任務已完成9項，75項未完成，大部分處于方案論證階段；軋鋼加熱爐低氮燃燒技術或煙氣脫硝治理任務已完成71項，未完成22項；轉爐一次煙氣除塵提標改造任務已完成54項，未完成29項；熱風爐、加熱爐在線治理工程已完成1家（完成安裝未聯網），24項未完成；燒結、球團動態管控工程已完成23項，2項未完成。
工業催化200年，盤點那些改變人類社會的工業催化劑！
SCR反應（Selective Catalytic Reduction）
20世紀80年代開始，日本日揮株式會社（JGC Co.）等開發了釩基選擇性催化還原脫硝催化劑，并逐步發展成為目前成熟的工業化催化劑（V2O5-WO3(MoO3)/TiO2系列），在電廠脫硝中有著非常廣泛的應用。目前，開發高效率、低成本的煙氣脫硝催化劑仍然是研究的熱點之一。
16.其它工業催化劑
1977年左右，荷蘭殼牌石油公司等開發了Ni/膦螯合物，實現了a-烯烴的生產，開創了合成油工業。
1983年左右，意大利的Enichem公司開發了鈦硅分子篩TS-1，后應用于烯烴的環氧化、環己酮的氨氧化、醇類的氧化、飽和烴的氧化和芳烴（苯酚及苯）的羥基化等領域。
1984年左右，Ruhrchemie公司采用的水溶性銠催化劑（磺化的膦的堿金屬鹽作為配體）實現了低碳烯烴的氫甲酰化；20世紀90年代，Davy公司和Dow公司聯合開發出了銠-雙亞磷酸酯為催化劑的丙烯羰基化工藝，隨后三菱公司也開發了類似的催化劑，該工藝是目前世界上最先進的工藝。氫甲酰化反應是用烯烴生產高碳醛和醇的經典方法，在工業上有著重要應用。
1985年德國漢堡大學的W.Kaminsky利用茂金屬催化劑合成等規聚丙烯（iPP），使茂金屬催化劑真正具有了應用價值。1991年，Exxon 公司首次將茂金屬催化劑應用于工業生產。茂金屬催化體系目前已經廣泛用于聚烯烴的生產，用茂金屬催化體系生產出來的聚烯烴，不僅改善了聚烯烴制品的機械性能、熱性能、透明性等綜合性能，也極大地拓展了聚烯烴的應用范圍，這種新的催化體系對聚烯烴領域產生巨大影響。
文章來源：研之成理
撰文：鄒世輝
展開 100萬噸焦化2×60 孔焦爐煙氣脫硫脫硝工程
2）脫硝工藝選擇
脫硝工藝目前有選擇性催化還原技術SCR工藝、爐內脫硝的SNCR工藝、低溫等離子脫硝工藝、臭氧脫硝工藝等。應用較普遍且較成熟可靠的是SCR和SNCR兩種工藝，但由于伙爐是由大量立火道組成的燃燒室組成，SNCR根本不適合焦爐，因此只有SCR比較適合，但鑒于焦爐煙氣溫度偏低，只能選用低中溫催化劑。
使用SCR脫硝工藝，還原劑可就地取材，即選用焦化廠蒸氨系統自產的氨水即可，可以節省大量的原料運輸成本和采購成本等；其次，使用本工藝，還可與氨法脫硫工藝更好的銜接起來，氨水供應系統可公用，節省基建投資。
綜上所述，煙氣脫硝最可靠的工藝仍然是SCR工藝，我公司推薦使用此工藝。
1.5脫硫脫硝和余熱回收整體工藝說明
從焦爐總煙道引出的285℃的煙氣，經分級過濾器過濾掉大部分焦油雜質后，先進行SCR脫硝，然后再進入換熱器將脫硫后的煙氣提溫至130℃，同時煙氣降溫至215，然后再進行脫硫；提溫后的脫硫煙氣直接進入原有煙囪排放。
另外，當增壓風機停電或其它故障時，需打開進煙囪的旁路擋板將焦爐煙氣排入煙囪時，如煙囪內如為常溫，則不能在煙囪根部及時形成有效的吸力，而影響焦爐的安全生產。為此，本項目特設計了熱備系統，即從脫硝后的熱煙氣送至煙氣-空氣再熱器，在煙氣-空氣再熱器中將冷空氣（經煙囪根部吸力而吸入）升溫至130℃左右，送入煙囪進行熱備，這樣使得煙囪始終具備拔煙功能，從而確保焦爐的安全生產。
工藝流程圖如下圖所示。
由于現場兩座焦爐相距較遠，采用一爐一套脫硫脫硝系統進行建設。
第二章脫硫工程技術方案
2.1氨法脫硫工藝簡介
2.1.1氨法脫硫工藝特點
氨水是氨溶于水得到的水溶液，呈堿性，氨離子能與很多酸根離子進行反應，生成相應的鹽。
展開 煙氣脫硫脫硝一體化技術盤點
其缺點是由于要求的煙氣溫度為300℃～500℃，就需要采用特殊的耐高溫陶瓷纖維編織的過濾袋，因而增加了成本。
parsons煙氣清潔工藝
parsons煙氣清潔工藝已發展到中試階段，燃煤鍋爐煙氣中的SO2和NOx的脫除效率能達到99%以上。該工藝是在單獨的還原步驟中同時將SO2催化還原為H2S，NOx還原為N2，剩余的氧還原為水;從氫化反應器的排氣中回收H2S;從H2S富集氣體中生產元素硫。
煙氣循環流化床(cfb)聯合脫硫脫硝工藝
循環流化床技術最初是由德國的llb(lurgilentjes bischoff)公司研究開發的一種半干法脫硫技術。該技術在最近幾年得到了快速發展，不僅技術成熟可靠，而且投資運行費用也大為降低，為了開發更經濟、高效、可靠的聯合脫硫脫硝方法，人們將循環流化床引入煙氣同時脫硫脫硝技術中。煙氣循環流化床(cfb)聯合脫硫脫硝技術是由lurgi gmbh研究開發，該方法用消石灰作為脫硫的吸收劑脫除二氧化硫，產物主要是CaSO4和10%的CaCO3;脫硝反應使用氨作為還原劑進行選擇催化還原反應，催化劑是具有活性的細粉末化合物FeSO4˙7H2O，不需要支撐載體，運行溫度在385℃。該系統在德國投入運行的結果表明，在CA/S比為1.2～1.5、NH3/NOx比為0.7～1.03時，脫硫效率為97%，脫硝效率為88%。
(三)吸收劑噴射同時脫硫脫硝技術
將堿或尿素等干粉噴入爐膛、煙道或噴霧干式洗滌塔內，在一定條件下能同時脫除二氧化硫和氮氧化物。脫硝率主要取決于煙氣中的二氧化硫和氮氧化物的比、反應溫度、吸收劑的粒度和停留時間等。不過當系統中二氧化硫濃度低時，氮氧化物的脫除效率也低。因此，該工藝適用于高硫煤煙氣處理。
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