SCR煙氣脫硝技術

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

1）SCR脫硝反應

SCR脫硝系統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轉化為氮氣和水。在通常的設計中，使用液態無水氨或氨水（氨的水溶液），無論以何種形式使用氨，首先使氨蒸發，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反應器上游的煙氣中。

在SCR反應器內，NO通過以下反應被還原：

4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

當煙氣中有氧氣時，反應第一式優先進行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對一的關系。

在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的NOX濃度的5%，NO2參與的反應如下：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

上面兩個反應表明還原NO2比還原NO需要更多的氨。

在絕大多數鍋爐的煙氣中，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。有一小部分氨不反應而是作為氨逃逸離開了反應器。一般來說，對于新的催化劑，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，氨逃逸量就會增加，為了維持需要的NOX脫除率，就必須增加反應器中NH3/NOX摩爾比。當不能保證預先設定的脫硝效率和（或）氨逃逸量的性能標準時，就必須在反應器內添加或更換新的催化劑以恢復催化劑的活性和反應器性能。從新催化劑開始使用到被更換這段時間稱為催化劑壽命。

2）SCR系統組成及反應器布置

SCR反應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：反應器布置在空氣預熱器前溫度為350℃左右的位置，此時煙氣中所含有的全部飛灰和SO2均通過催化劑反應器，反應器的工作條件是在“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，適合于多數催化劑的反應溫度，因而它被廣泛采用。

（2）熱段/低灰布置：反應器布置在靜電除塵器和空氣預熱器之間，這時，溫度為300～400℃的煙氣先經過電除塵器以后再進入催化劑反應器，這樣可以防止煙氣中的飛灰對催化劑的污染和將反應器磨損或堵塞，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℃的溫度下正常運行，因此很少采用。

（3）冷段布置：反應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，由于不存在飛灰對反應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，減少了反應器的體積并使反應器布置緊湊。當催化劑在“干凈”煙氣中工作時，其工作壽命可達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，當將反應器布置在濕式FGD脫硫裝置后，其排煙溫度僅為50～60℃，因此，為使煙氣在進入催化劑反應器之前達到所需要的反應溫度，需要在煙道內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行費用。

對于一般燃油或燃煤鍋爐，其SCR反應器多選擇安裝于鍋爐省煤器與空氣預熱器之間，因為此區間的煙氣溫度剛好適合SCR脫硝還原反應，氨被噴射于省煤器與SCR反應器間煙道內的適當位置，使其與煙氣充分混合后在反應器內與氮氧化物反應，SCR系統商業運行業績的脫硝效率約為70%～90%。

SNCR煙氣脫硝技術

選擇性催化還原脫除NOX的運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。該技術是用NH3、尿素等還原劑噴入爐內與NOX進行選擇性反應，不用催化劑，因此必須在高溫區加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850～1100℃的區域，該還原劑（尿素）迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOX進行SNCR反應生成N2，該方法是以爐膛為反應器。

研究發現，在爐膛850～1100℃這一狹窄的溫度范圍內、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，據此發展了SNCR法。在850～1100℃范圍內，NH3或尿素還原NOX的主要反應為：

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

當溫度高于1100℃時, NH3則會被氧化為

4NH3+5O2→4NO+6H2O

不同還原劑有不同的反應溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。NH3的反應最佳溫度區為 850～1100℃。當反應溫度過高時，由于氨的分解會使NOx還原率降低，另一方面，反應溫度過低時，氨的逃逸增加，也會使NOx還原率降低。NH3是高揮發性和有毒物質，氨的逃逸會造成新的環境污染。

引起SNCR系統氨逃逸的原因有兩種，一是由于噴入點煙氣溫度低影響了氨與NOx的反應;另一種可能是噴入的還原劑過量或還原劑分布不均勻。還原劑噴入系統必須能將還原劑噴入到爐內最有效的部位，因為NOx在爐膛內的分布經常變化，如果噴入控制點太少或噴到爐內某個斷面上的氨分布不均勻，則會出現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，因為較長的噴入距離需要覆蓋相當大的爐內截面。為保證脫硝反應能充分地進行，以最少的噴入NH3量達到最好的還原效果，必須設法使噴入的NH3與煙氣良好地混合。

SNCR煙氣脫硝技術的脫硝效率一般為25%-50%。

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