9.5.3. Очистка дымовых газов от оксидов азота
Для очистки от оксидов азота наибольшее распространение в мире получил процесс селективного каталитического восстановления (СКВ) оксидов азота аммиаком на поверхности катализатора в присутствии кислорода при температуре 300- 450 0С. Катализатор выполняется на керамическом или металлическом носителе и включает в себя диоксид титана, пентаоксид ванадия с добавками других металлов. Применяются катализаторы пластинчатой, сотовой и гофрированной конструкции. В процессе СКВ окисиды азота восстанавливаются аммиаком на катализаторе c образованием молекулярного азота и водяного пара и без формирования вторичных загрязнителей.
4NH3 + 4NO + O2 4N2 + 6H2O. (9.44)
Основные компоненты процесса СКВ включают реактор, хранилище аммиака и систему впрыска. Реактор СКВ обычно содержит несколько слоев катализатора, что позволяет обеспечивать постепенную его замену по мере его отравления. Объем катализатора и, соответственно, размеры реактора, зависят, от активности катализатора, необходимой степени восстановления NOx, исходной концентрации оксидов азота в газах и допустимого уровня проскока аммиака. С увеличением объема катализатора возрастает степень очистки газов от оксидов азота и снижается проскок аммиака, но и возрастает стоимость СКВ.
Наиболее
часто реактор размещается за экономайзером
перед воздухоподогревателем. Но при
высокой запыленности потока и когда в
дымовых газах содержится значительное
количество веществ, отравляющих
катализатор, возможно его размещение
за золоуловителем. В этом случае
потребуется дополнительный подогрев
газов перед входом в реактор.
Для восстановления оксидов азота могут применяться жидкий безводный аммиак под давлением, водный раствор аммиака при атмосферном давлении или раствор мочевины. Впрыск аммиака в очищаемый газ перед реактором производится инжекционной системой с большим числом форсунок, или более простой инжекционной трубой, устанавливаемой за статическим смесителем. Этим достигается равномерное распределение аммиака по сечению газохода на входе в реактор. Равномерное распределение газа по сечению реактора обеспечивается специально спроектированными направляющими лопатками, установленными на входе в реактор. В случае, когда очищаемый газ имеет существенную запыленность, в дополнение к направляющим лопаткам устанавливается выправляющая решетка для минимизации заноса пылью верхней части катализатора и его эрозии.
Степень восстановления оксидов азота возрастает с увеличением количества вводимого аммиака, но при этом возрастает его проскок. Оптимальное мольное отношение NH3/NОx составляет 0,9-1,03 и при этом проскок аммиака не должен превышать 5 ppm. Метод СКВ имеет высокую эффективность очистки газоа от оксидов азота, которая может достигать 92-94 %.
Химическая реакция восстановления оксида азота до молекулярного азота аммиаком или мочевиной может протекать при высоких температурах без применения катализатора. Этот метод получил название селективного некаталитического восстановления (СНКВ) оксидов азота. Реакция (9.44) протекает при температуре 950 –1100 0С. При снижении температуры скорость реакции (9.44) снижается, что будет приводить к увеличению проскока аммиака. При более высоких температурах возрастает роль реакции окисления аммиака кислородом, что приводит увеличению выброса оксидов азота.
4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O
В соответствии с реакцией (9.44) на один моль NO требуется вводить один моль NH3. На практике очень трудно обеспечить равномерное перемешивание небольшого количества аммиака с большими объемами дымовых газов и приходится вводить несколько больше аммиака (мольное соотношение NH3/NO =1,05 –1,10). При этом проскок аммиака не должен превышать 5 ppm.
Метод СНКВ требует значительно меньше капитальных и эксплутационных затрат по сравнению с каталитическим, но эффективность восстановления оксидов азота не превышает 50 %.