SNCR или SCR: удаление NOx в малом инсинераторе

Удаление NOx из дымовых газов инсинератора: SNCR и SCR

Мокрый скруббер удаляет кислые газы потому, что они растворяются. Оксид азота, который составляет большую часть оксидов азота, производимых печью, не растворяется сколько-нибудь полезно, поэтому тракт, эффективно удаляющий хлористый водород, почти не удаляет NOx. Именно поэтому норматив по оксидам азота выдерживают либо в печи, либо в реакторе сразу за ней, и поэтому здесь речь идёт о двух путях, а не о скруббере. Это избирательное некаталитическое восстановление (SNCR) и избирательное каталитическое восстановление (SCR).

У этих двух одна химия. Азотсодержащий реагент — аммиак или мочевина — впрыскивают в газ, и он реагирует с оксидом азота, давая азот и воду, так что азот уходит инертной молекулой, а не оксидом.

• Реагент, поставляющий восстановитель, — аммиачная вода, безводный аммиак или раствор мочевины.
• Температурная полоса, в которой реакция идёт достаточно быстро, чтобы конкурировать со всем остальным, что происходит в газе.
• Перемешивание, достаточное для того, чтобы реагент встретил газ, а не прошёл мимо него, — это и есть практический предел удаления NOx из дымовых газов инсинератора.
• Время пребывания в этой полосе, потому что реакция не мгновенна.
• Способ обращения с реагентом, который не прореагировал, потому что он уходит аммиаком, а не исчезает.

Избирательное некаталитическое восстановление для дымовых газов инсинератора

SNCR впрыскивает реагент в горячий газовый тракт и полагается только на температуру. Обычно приводимая полоса — примерно от 850 до 1 100 °C, и читать её следует как отправную методику, а не как спецификацию: она описывает, где на типичном газе реакция идёт быстро, и она сдвигается вместе с составом газа и перемешиванием, которое обеспечивает печь. Ниже полосы реагент проходит непрореагировавшим и уходит проскоком аммиака; выше неё аммиак окисляется и может дать больше оксидов азота, чем удаляет.

Полоса перекрывается с температурой, при которой вторичная камера и так уже держится, и в этом её привлекательность. Установка, работающая при 850 °C или выше, уже располагает нужными условиями, поэтому SNCR добавляет фурму, систему реагента и контур управления, а не сосуд под давлением. На малой установке реагент обычно представляет собой раствор мочевины, потому что хранить его и обращаться с ним безопаснее, чем с аммиачной водой.

Ограничение в том, что полоса — это полоса в газе, а не уставка на щите. Температура газа меняется с нагрузкой, с отходами и с избытком воздуха, а зона, в которой реагент действительно встречает газ при нужной температуре, — это участок печи, а не вся она. Поэтому удаление частичное: приводимые для SNCR значения составляют порядка от трети до половины оксидов азота на входе, — а то, что не удалено, оплачивается дважды: один раз как реагент и один раз как аммиак, уходящий вместе с газом.

Избирательное каталитическое восстановление для сжигания отходов

SCR проводит ту же химию на катализаторе, что позволяет выполнять работу при гораздо более низкой температуре — в широком смысле в полосе 200–400 °C, которую снова следует читать как отправную методику, а не как спецификацию. Катализатор обычно представляет собой оксид ванадия на титановой основе, сформованный в сотовые или пластинчатые элементы внутри реактора, и газ проходит через него.

Более низкая температура — преимущество, а катализатор — цена. На установке по сжиганию отходов компоновку решает вопрос, где стоит реактор. Поставьте его выше по потоку от пылеуловителя — и катализатор увидит летучую золу, тяжёлые металлы и кислые газы, а отсюда и берётся дезактивация. Поставьте его ниже по потоку от фильтра — и газ чист, но холоден, поэтому перед реактором его приходится подогревать, и энергию для этого надо где-то найти на установке. У малого инсинератора обычно нет лишней теплоты, которой можно поделиться, и это практическая причина того, что выбор так часто падает на SNCR.

Реактору также нужны место, опорная конструкция и газовый тракт, который можно вывести из работы для замены катализатора. Какая компоновка подходит конкретной установке и какой объём катализатора с ней связан, подтверждают с заводом по вашему составу отходов.

Температурное окно, которое нужно каждому

Оба окна указаны на полной нагрузке при газе заданного состава, и оба сдвигаются, когда сдвигается установка. Важно то окно, через которое газ действительно проходит, во всём диапазоне нагрузок, при которых работает установка, а не окно, которое стоит в паспорте.

• SNCR опирается на температуру, которую камера и так держит, но время пребывания в полосе сокращается по мере роста нагрузки и ускорения газа, а сама полоса сдвигается с отходами.
• SCR опирается на температуру, которую установка должна создать, поэтому у установки, которая не может надёжно подогревать свой газ, реактор оказывается либо холодным и неактивным, либо достаточно горячим, чтобы повредить катализатор.
• На малой нагрузке оба первыми теряют эффективность, поэтому гарантию обычно указывают более чем при одной нагрузке, а не только в расчётной точке.
• Реагент, который не прореагировал, не теряется незаметно: он уходит аммиаком, и этот проскок — самостоятельный параметр.

Отравление катализатора при сжигании отходов

Отходящий газ установки по сжиганию отходов — не газ электростанции. Он несёт щелочные металлы, тяжёлые металлы и серу, и все три атакуют катализатор.

• Щелочные металлы в летучей золе — натрий и калий — осаждаются на поверхности и блокируют активные центры, отчасти обратимо, отчасти навсегда.
• Мышьяк связывается с активным материалом и не может быть удалён, поэтому у катализатора конечный срок службы, пропорциональный тому, что содержат отходы.
• Диоксид серы вместе с аммиаком образует гидросульфат аммония, который осаждается в холодном конце реактора и забивает элементы.
• Тяжёлые металлы и мелкая зола физически забивают каналы, если реактор расположен выше по потоку от пылеуловителя.
• Ванадий улетучивается выше рабочей полосы, поэтому при работе реактора в горячем режиме теряется сам активный материал.

Два из них имеют последствия за пределами реактора. Отложения гидросульфата аммония загрязняют газоходы или теплообменник за ним, а ванадиевый катализатор окисляет часть диоксида серы в газе до триоксида серы, что повышает точку росы кислоты ниже по потоку и меняет то, из чего приходится делать газоход и дымовую трубу. Поэтому катализатор и положение реактора решают вместе с газоходным трактом, а не отдельно от него.

Сравнение SNCR и SCR на малом инсинераторе

• Реагент — оба используют аммиак или мочевину, и SNCR расходует его больше на единицу удалённого оксида азота, потому что часть его не реагирует.
• Температура — SNCR работает внутри температуры камеры, которую установка и так держит; SCR требует, чтобы газ находился в его собственном окне, что при схеме с чистым газом обычно означает подогреватель.
• Степень удаления — SNCR достигает части оксидов азота на входе, а SCR — большей их части. Там, где норматив оставляет мало запаса, это различие и есть всё решение.
• Расходные материалы — в SCR есть катализатор, который отходы отравляют; в SNCR его нет.
• Побочные продукты — SNCR оставляет проскок аммиака; SCR оставляет проскок аммиака и, при ванадиевом катализаторе, некоторое превращение диоксида серы в триоксид серы.
• Занимаемая площадь и конструкции — SNCR — это фурма, насосный блок и бак; SCR — это реактор, опорная конструкция и часто подогреватель.
• Эксплуатация — реактор с катализатором держит более стабильное значение и требует планового осмотра и замены, которые малый объект должен быть в состоянии выполнить.

Обратный расчёт от норматива по NOx

Норматив выбросов NOx для инсинераторов медицинских отходов в здешней таблице — 300 мг/м³ как среднее за час и 250 мг/м³ как среднее за 24 часа, приведённые к сухому газу при 11 % кислорода. Эти два значения — альтернативные периоды осреднения для одного и того же параметра, и они предъявляют к системе контроля разные требования: среднее за час выдерживает установка, которая быстро реагирует, а среднее за 24 часа — установка, которая не «гуляет». Реактор с катализатором на стабильном газе даёт ровное значение; SNCR даёт значение, которое следует за печью, поэтому именно среднее за 24 часа, а не среднее за час, обычно оказывается числом, решающим, достаточно ли одного SNCR.

Для малой установки отсюда следуют две вещи. Расход реагента — это текущие затраты, которые масштабируются с отходами и с тем, сколько оксида азота переживает печь, поэтому печь, хорошо перемешанная и стабильно горячая, уменьшает проблему ниже по потоку. И какой бы путь ни был выбран, это одна ступень в тракте, а не самостоятельное решение: норматив по оксидам азота входит в набор нормативов, которые выдерживают вместе, как показывает таблица выбросов.

Типичные ошибки

• Рассчитывать, что скруббер возьмёт оксиды азота. Не возьмёт: оксид азота почти нерастворим.
• Приводить значение удаления для SNCR, не указывая нагрузку и температуру газа, при которых оно получено.
• Ставить SCR выше по потоку от пылеуловителя, чтобы сэкономить на подогревателе, и потом платить за это заменами катализатора.
• Подбирать систему реагента только по реакции, не учитывая аммиак, который не реагирует.
• Считать катализатор постоянным элементом. На установке по сжиганию отходов это расходный материал, срок службы которого задаёт то, что находится в золе.
• Забывать про приведение по кислороду. Норматив, записанный при 11 % кислорода, — это не то же число, что концентрация, измеренная в газоходе.

От норматива по NOx к системе реагента

SNCR и SCR решают одну и ту же химию из двух разных мест установки, и выбор следует из того, насколько горяч газ там, где установка может позволить себе поставить реактор, и из того, что она может позволить себе держать чистым. Таблица выбросов задаёт норматив по оксидам азота вместе с остальными нормативами, которым должен соответствовать тракт, а статья об очистке дымовых газов охватывает ступени, среди которых находится система оксидов азота. Реагент, точку впрыска и компоновку катализатора для вашей установки подтверждают с заводом по вашему составу отходов и применимому нормативу выбросов.