SCR煙氣脫硝技術(shù)

近幾年來選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)(SCR)發(fā)展較快,在歐洲和日本得到了廣泛的應(yīng)用，目前氨催化還原煙氣脫硝技術(shù)是應(yīng)用最多的技術(shù)。

1）SCR脫硝反應(yīng)

SCR脫硝系統(tǒng)是向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它合適的還原劑、利用催化劑將煙氣中的NOX轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退Ｔ谕ǔ５脑O(shè)計(jì)中，使用液態(tài)無水氨或氨水（氨的水溶液），無論以何種形式使用氨，首先使氨蒸發(fā)，然后氨和稀釋空氣或煙氣混合，最后利用噴氨格柵將其噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中。

在SCR反應(yīng)器內(nèi)，NO通過以下反應(yīng)被還原：

4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

當(dāng)煙氣中有氧氣時(shí)，反應(yīng)第一式優(yōu)先進(jìn)行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對(duì)一的關(guān)系。

在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的NOX濃度的5%，NO2參與的反應(yīng)如下：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

上面兩個(gè)反應(yīng)表明還原NO2比還原NO需要更多的氨。

在絕大多數(shù)鍋爐的煙氣中，NO2僅占NOX總量的一小部分，因此NO2的影響并不顯著。

SCR系統(tǒng)NOX脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和NOX反應(yīng)。有一小部分氨不反應(yīng)而是作為氨逃逸離開了反應(yīng)器。一般來說，對(duì)于新的催化劑，氨逃逸量很低。但是，隨著催化劑失活或者表面被飛灰覆蓋或堵塞，氨逃逸量就會(huì)增加，為了維持需要的NOX脫除率，就必須增加反應(yīng)器中NH3/NOX摩爾比。當(dāng)不能保證預(yù)先設(shè)定的脫硝效率和（或）氨逃逸量的性能標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就必須在反應(yīng)器內(nèi)添加或更換新的催化劑以恢復(fù)催化劑的活性和反應(yīng)器性能。從新催化劑開始使用到被更換這段時(shí)間稱為催化劑壽命。

2）SCR系統(tǒng)組成及反應(yīng)器布置

SCR反應(yīng)器在鍋爐煙道中一般有三種不同的安裝位置，即熱段/高灰布置、熱段/低灰和冷段布置。

（1）熱段/高灰布置：反應(yīng)器布置在空氣預(yù)熱器前溫度為350℃左右的位置，此時(shí)煙氣中所含有的全部飛灰和SO2均通過催化劑反應(yīng)器，反應(yīng)器的工作條件是在“不干凈”的高塵煙氣中。由于這種布置方案的煙氣溫度在300～400℃的范圍內(nèi)，適合于多數(shù)催化劑的反應(yīng)溫度，因而它被廣泛采用。

（2）熱段/低灰布置：反應(yīng)器布置在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間，這時(shí)，溫度為300～400℃的煙氣先經(jīng)過電除塵器以后再進(jìn)入催化劑反應(yīng)器，這樣可以防止煙氣中的飛灰對(duì)催化劑的污染和將反應(yīng)器磨損或堵塞，但煙氣中的SO3始終存在。采用這一方案的最大問題是，靜電除塵器無法在300～400℃的溫度下正常運(yùn)行，因此很少采用。

（3）冷段布置：反應(yīng)器布置在煙氣脫硫裝置（FGD）之后，這樣催化劑將完全工作在無塵、無SO2的“干凈”煙氣中，由于不存在飛灰對(duì)反應(yīng)器的堵塞及腐蝕問題，也不存在催化劑的污染和中毒問題，因此可以采用高活性的催化劑，減少了反應(yīng)器的體積并使反應(yīng)器布置緊湊。當(dāng)催化劑在“干凈”煙氣中工作時(shí)，其工作壽命可達(dá)3～5年（在“不干凈”的煙氣中的工作壽命為2～3年）。這一布置方式的主要問題是，當(dāng)將反應(yīng)器布置在濕式FGD脫硫裝置后，其排煙溫度僅為50～60℃，因此，為使煙氣在進(jìn)入催化劑反應(yīng)器之前達(dá)到所需要的反應(yīng)溫度，需要在煙道內(nèi)加裝燃油或燃燒天然氣的燃燒器，或蒸汽加熱的換熱器以加熱煙氣，從而增加了能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用。

對(duì)于一般燃油或燃煤鍋爐，其SCR反應(yīng)器多選擇安裝于鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間，因?yàn)榇藚^(qū)間的煙氣溫度剛好適合SCR脫硝還原反應(yīng)，氨被噴射于省煤器與SCR反應(yīng)器間煙道內(nèi)的適當(dāng)位置，使其與煙氣充分混合后在反應(yīng)器內(nèi)與氮氧化物反應(yīng)，SCR系統(tǒng)商業(yè)運(yùn)行業(yè)績(jī)的脫硝效率約為70%～90%。

SNCR煙氣脫硝技術(shù)

選擇性催化還原脫除NOX的運(yùn)行成本主要受催化劑壽命的影響，一種不需要催化劑的選擇性還原過程或許更加誘人，這就是選擇性非催化還原技術(shù)。該技術(shù)是用NH3、尿素等還原劑噴入爐內(nèi)與NOX進(jìn)行選擇性反應(yīng)，不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850～1100℃的區(qū)域，該還原劑（尿素）迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOX進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N2，該方法是以爐膛為反應(yīng)器。

研究發(fā)現(xiàn)，在爐膛850～1100℃這一狹窄的溫度范圍內(nèi)、在無催化劑作用下，NH3或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOX，基本上不與煙氣中的O2作用，據(jù)此發(fā)展了SNCR法。在850～1100℃范圍內(nèi)，NH3或尿素還原NOX的主要反應(yīng)為：

NH3為還原劑

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

尿素為還原劑

NO+CO(NH2)2 +1/2O2→2N2+CO2+H2O

當(dāng)溫度高于1100℃時(shí), NH3則會(huì)被氧化為

4NH3+5O2→4NO+6H2O

不同還原劑有不同的反應(yīng)溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。NH3的反應(yīng)最佳溫度區(qū)為 850～1100℃。當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，由于氨的分解會(huì)使NOx還原率降低，另一方面，反應(yīng)溫度過低時(shí)，氨的逃逸增加，也會(huì)使NOx還原率降低。NH3是高揮發(fā)性和有毒物質(zhì)，氨的逃逸會(huì)造成新的環(huán)境污染。

引起SNCR系統(tǒng)氨逃逸的原因有兩種，一是由于噴入點(diǎn)煙氣溫度低影響了氨與NOx的反應(yīng);另一種可能是噴入的還原劑過量或還原劑分布不均勻。還原劑噴入系統(tǒng)必須能將還原劑噴入到爐內(nèi)最有效的部位，因?yàn)镹Ox在爐膛內(nèi)的分布經(jīng)常變化，如果噴入控制點(diǎn)太少或噴到爐內(nèi)某個(gè)斷面上的氨分布不均勻，則會(huì)出現(xiàn)分布較高的氨逃逸量。在較大的燃煤鍋爐中，還原劑的均勻分布則更困難，因?yàn)檩^長的噴入距離需要覆蓋相當(dāng)大的爐內(nèi)截面。為保證脫硝反應(yīng)能充分地進(jìn)行，以最少的噴入NH3量達(dá)到最好的還原效果，必須設(shè)法使噴入的NH3與煙氣良好地混合。

SNCR煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效率一般為25%-50%。

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