燃煤電廠SCR脫硝技術(shù)淺析

李廣釗

（開(kāi)灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司公司節(jié)能環(huán)保管理辦公室 河北唐山 063018）

選擇性催化還原SCR法煙氣脫硝技術(shù)具有較高的脫硝效率，運(yùn)行穩(wěn)定，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且維護(hù)簡(jiǎn)便，初期一次性投資相對(duì)較低，不會(huì)因副產(chǎn)物的產(chǎn)生而形成二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。

1 選擇性催化還原（SCR）工藝

H2O通過(guò)微孔擴(kuò)散到催化劑表面，繼而擴(kuò)散到氣相主體，氣相中的氧通過(guò)催化劑內(nèi)部傳遞而更新表面氧，從而完成催化循環(huán)。

3 SCR工藝催化劑的選擇

催化劑的選擇是否合適，是SCR法脫硝技術(shù)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。催化劑的催化活性是一個(gè)重要指標(biāo)，以材質(zhì)分類(lèi)可分為貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑和分子篩催化劑等,不同材質(zhì)的催化劑其催化活性是不同的，我國(guó)目前以采用金屬氧化物為催化劑居多。

以形狀分類(lèi)可以分為平板式、波紋狀、和蜂窩式等。平板式催化劑一般是將含有活性成份的載體覆蓋在不銹鋼金屬網(wǎng)格的基材上壓制而成；蜂窩式催化劑不采用基材，而是把含有活性成分載體的混合物整體擠壓成型；波紋狀催化劑其外形如起伏的波紋，從而形成小孔。

SCR脫硝裝置可以布置在水平煙道或垂直煙道中，但對(duì)于燃煤鍋爐一般布置在垂直煙道中，因?yàn)闊煔庵泻写罅糠蹓m，布置在水平煙道中容易引起SCR脫硝裝置堵塞。催化劑、催化反應(yīng)器、氨存儲(chǔ)和噴射系統(tǒng)是SCR法脫硝系統(tǒng)的主要組成部分，根據(jù)催化劑反應(yīng)器布置在鍋爐末段煙道中的位置，基本可以分為三種工藝類(lèi)型：高溫高塵、高溫低塵、低溫低塵。

1.1 高溫高塵工藝流程

該工藝把煙氣溫度控制在300-500攝氏度之間，是大多數(shù)催化劑最適宜的反應(yīng)溫度，因此其應(yīng)用也最為廣泛。但其工作環(huán)境中的煙氣含有大量的飛灰和二氧化硫，催化劑的催化效能可能會(huì)被煙氣所攜帶的飛灰中的金屬離子成分污染而降低，并且飛灰可能造成催化劑反應(yīng)器磨損或蜂窩狀通道堵塞。

1.2 高溫低塵工藝流程

該工藝是用電除塵器對(duì)高溫?zé)煔獬龎m，然后再經(jīng)過(guò)催化劑反應(yīng)器，這樣可以有效去除飛灰對(duì)系統(tǒng)的不利影響，但煙氣中仍然存在SO2，會(huì)和煙氣中的反應(yīng)生成（NH4）2SO4，堵塞催化反應(yīng)器的通道和空氣預(yù)熱器。另外，在300-400攝氏度的溫度下靜電除塵器無(wú)法運(yùn)行，是其最大問(wèn)題，所以很少被采用。

1.3 低溫低塵工藝流程

該工藝的前提是鍋爐末端安裝了濕法煙氣脫硫裝置，這樣催化劑反應(yīng)器位于脫硫裝置之后，在除塵、脫硫后的煙氣中，就不存在催化劑的飛灰污染問(wèn)題和SO2與NH3反應(yīng)生成（NH4）2SO4對(duì)反應(yīng)器的堵塞、磨損等問(wèn)題，這樣就可以使用活性高的催化劑，使反應(yīng)器布置緊湊，減少反應(yīng)器的體積。但濕式脫硫裝置降低了煙氣溫度，需額外加裝加熱裝置來(lái)加熱煙氣達(dá)到所需的反應(yīng)溫度，能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用較高。

2 選擇性催化還原法的反應(yīng)原理

SCR法就是在固體催化劑存在下，利用各種還原性氣體如H2、CO、烴類(lèi)、NH3與NOx反應(yīng)使之轉(zhuǎn)化為N的方法。以NH3做還原劑時(shí)，金屬氧化物是最常用的SCR工業(yè)催化劑。

NH3和NOx在催化劑上的反應(yīng)為：通過(guò)氣相擴(kuò)散選擇性地吸附在催化劑表面上的酸性中心位并得到活化，同時(shí)氣相中的NOx分子與其反應(yīng)，消耗催化劑表面活性氧而生成N2和H2O，N2和

4 影響SCR脫硝效率的主要因素

4.1 催化劑

一般來(lái)講，在催化劑選定的條件下，表面積越大和結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，越有利于催化劑的布置和反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的反應(yīng)。在反應(yīng)器結(jié)構(gòu)選定的條件下，使用活性高的催化劑，會(huì)使氨氣與NOx反應(yīng)更劇烈,從而減少氨氣消耗量,減小n(NH3)/n(NOx)比值；同理,在n(NH3)/n(NOx)比值一定條件下,使用活化性高的催化劑可以提高小尺寸反應(yīng)器的運(yùn)行效率。總的來(lái)說(shuō),在反應(yīng)器尺寸和n(NH3)/n(NOx)比值一定的條件下,催化劑活性越大,脫硝效率越高。

4.2 煙氣流型

催化劑的結(jié)構(gòu)會(huì)在一定程度上影響煙氣流型,合理的煙氣流型有利于催化劑的充分利用,也使還原劑與NOx反應(yīng)的更充分,從而提高系統(tǒng)的脫硝效率。

4.3 反應(yīng)溫度

較高的反應(yīng)溫度會(huì)提高還原劑與NOx的反應(yīng)速率,也同時(shí)提高催化劑的活性。通常來(lái)講,反應(yīng)溫度越高,SCR系統(tǒng)效率越高,但考慮設(shè)備整體效率，不采用設(shè)備極限溫度，而是根據(jù)脫硝裝置在鍋爐末端的位置和工況，采用最佳的反應(yīng)溫度。

4.4 煙氣在反應(yīng)器內(nèi)的空間速度

空間速度是標(biāo)況下濕煙氣在催化劑容積內(nèi)滯留時(shí)間的尺度，在SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)上是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，催化劑的結(jié)構(gòu)決定了空間速度的大小，也決定了反應(yīng)的徹底性,因而影響SCR系統(tǒng)的效率。

5 SCR工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

其優(yōu)點(diǎn)是脫硝效率高(可達(dá)90%以上)、可以使用非貴金屬催化劑、反應(yīng)溫度較低、壽命長(zhǎng)等，其用NH3催化還原NOx的技術(shù)原理已被眾多項(xiàng)目采用并形成了工業(yè)化，是目前最好的燃煤電廠脫硝技術(shù)。但該項(xiàng)技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)：還原劑NH3或氨水具有很強(qiáng)的腐蝕性，需要使用造價(jià)較高的抗腐蝕管路設(shè)備；NH3在反應(yīng)過(guò)程中易形成（NH4）2SO4堵塞反應(yīng)器，增加維護(hù)費(fèi)用；NH3易泄漏，儲(chǔ)存和搬運(yùn)過(guò)程容易出現(xiàn)問(wèn)題，并且控制過(guò)程中容易出現(xiàn)誤差導(dǎo)致NH3加入過(guò)量，對(duì)環(huán)境造成二次污染。