SCR煙氣脫硝工藝簡介

1、SCR煙氣脫硝工藝簡介吳金泉1李勇1，2（1福建鑫澤環(huán)保設(shè)備工程有限公司，福建福州350002 ;2江西理工大學環(huán)境與建筑學院，江西 贛州341000 ）摘要：選擇性催化還原法（SCR）是目前國際上處理火電廠氮氧化物的最主要處理方法。我公司于2004年與德國STEULER公司在煙氣脫硝技術(shù)方面展開了全方位的合作， 并在國內(nèi)開發(fā)煙氣脫硝市場。本文從SCR工藝原理出發(fā)， 介紹了合作公司的相關(guān)運行工藝。關(guān)鍵詞：煙氣脫硝；SCR;脫硝催化劑；脫硝工藝隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，在能源消費中帶來的環(huán)境污染也越來越嚴重。其中，大氣煙塵、酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層的破 壞已成為危害人民生存的四大殺手。燃煤煙氣所含的煙塵

2、、二氧化硫、氮氧化物等有害物質(zhì)是造成大氣污染、酸雨和 溫室效應(yīng)的主要根源。在我國，二氧化硫、氮氧化物等有害物質(zhì)主要是由燃煤過程產(chǎn)生的。隨著我國經(jīng)濟實力的增強，耗電量也將逐步加大。目前，我國已經(jīng)開展了大規(guī)模的煙氣脫硫項目，但煙氣脫硝還未大規(guī) 模的開展。有研究資料表明，如果繼續(xù)不加強對煙氣中氮氧化物的治理，氮氧化物的總量和在大氣污染物中的比重都將上升，并有可能取代二氧化硫成為大氣中的主要污染物。我國煙氣脫硝項目起步較晚， 目前國內(nèi)運行的煙氣脫硝項目所采用的工藝也是引進歐、美、日等發(fā)達國家和地區(qū)煙氣脫硝技術(shù)，為適應(yīng)國內(nèi)煙氣脫硝市場的需要，我公司于 2004年與德國STEULER公司在煙氣脫硝技術(shù)方面

3、展開了全 方位的合作，主要由德方提供技術(shù)支持，我方負責開拓市場、消化有關(guān)技術(shù)。1 SCR脫硝技術(shù)簡介在眾多的脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原法（SCR）是脫硝效率最高，最為成熟的脫硝技術(shù)。1975年在日本Shimoneski 電廠建立了第一個 SCR系統(tǒng)的示范工程，其后 SCR技術(shù)在日本得到了廣泛應(yīng)用。在歐洲已有 120多臺大型裝置的 成功應(yīng)用經(jīng)驗，其 NOx的脫除率可達到80%90% o日本大約有170套裝置，接近100GW 容量的電廠安裝了這種 設(shè)備，美國政府也將 SCR技術(shù)作為主要的電廠控制 NOx技術(shù)，SCR方法已成為目前國內(nèi)外電廠脫硝比較成熟的主 流技術(shù)。1.1 SCR法煙氣脫硝原理在催化

4、劑作用下，向溫度約280 c420 c的煙氣中噴人氨，將 N0還原成N2和NO。化學反應(yīng)方程式如下：在有氧的條件下：在無氧（或者缺氧）的條件下：在反應(yīng)條件改變時，就有可能發(fā)生以下副反應(yīng)：卬由于該反應(yīng)沒有產(chǎn)生副產(chǎn)物，并且裝置結(jié)構(gòu)簡單，適合于處理大量的煙氣。1.2 SCR煙氣脫硝工藝的影響因素1.2.1 溫度對催化劑反應(yīng)性能的影響目前，運用于電廠煙氣脫硝中的的SCR催化劑有很多，不同的催化劑，其適宜的反應(yīng)溫度也差別各異。如果反應(yīng)溫度太低，催化劑的活性降低，脫硝效率下降，則達不到脫硝的效果。并且，如果催化劑在低溫下持續(xù)運行，將導致催化劑的永久性損壞；如果反應(yīng)溫度太高，NH3容易被氧化，生成NOx的量

5、增加，甚至會引起催化劑材料的相變，導致催化劑的活性退化。采用何種催化劑與 SCR反應(yīng)器的布置方式是密切相關(guān)的，一般可以把催化劑的種類分為三類：高溫催化劑（345 C590 C）、中溫催化劑（260 C380 C）和低溫催化劑（80C300 C）。目前，國內(nèi)外SCR系統(tǒng)大多采用高溫催化劑，反應(yīng) 溫度在315 C400 C。1.2.2 空速（SV）對催化劑性能的影響煙氣在SCR反應(yīng)塔中的空塔速度是 SCR的一個關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，它是煙氣體積流量（標準狀態(tài)下的濕煙氣）與SCR反 應(yīng)塔中催化劑體積比值，反映了煙氣在SCR反應(yīng)塔內(nèi)的停留時間的大小。 煙氣的空塔速度越大，其停留時間越短。一 般SCR的脫硝效率

6、將隨煙氣空塔速度的增大而降低。空塔速度通常是根據(jù)SCR反應(yīng)塔的布置、脫硝效率、煙氣溫 度、允許的氨逃逸量以及粉塵濃度來確定的。1.2.3 摩爾比對NO轉(zhuǎn)換的影響理論上，lmoI的NO需要1moI的NH3去脫除。根據(jù)化學反應(yīng)平衡知識，NH3量不足會導致NOx的脫除效率降低，但在工程實踐中，NH3過量又會帶來 NH3對環(huán)境的二次污染，一般在設(shè)計過程中,NH3/NO的值控制在0.81.2的范圍內(nèi)比較合適，并且結(jié)合機組負荷的變化而變化。1.2.4 催化劑的選擇對SCR工藝的影響SCR系統(tǒng)中的重要組成部分是催化劑，催化劑的選擇不僅僅是針對反應(yīng)溫度的不同來選擇，并且要考慮SCR裝置的壓降、布置的合理性等因

7、素。當前流行的成熟催化劑有蜂窩式、波紋狀和平板式等。平板式催化劑一般是以不銹鋼金 屬網(wǎng)格為基材負載上含有活性成份的載體壓制而成；蜂窩式催化劑一般是把載體和活性成份混合物整體擠壓成型；波紋狀催化劑是外形如起伏的波紋，從而形成小孔。當前各種催化劑活性成分大部分為WO3和V2O5。各種催化劑性能參數(shù)的比較見表1，2':表1各種催化劑性能參數(shù)的比較性能參數(shù)平板式催化劑蜂窩式催化劑波紋狀催化劑催化劑活性低中高氧化率高高低壓力損失中高低抗腐蝕性高一般一般抗中毒性低低高堵塞可能性低中中耐熱性中中中2 德國STEULER公司煙氣脫硝工藝簡介2.1 高粉塵布置的SCR工藝及其特點圖1為其工藝流程圖高粉塵

8、布置SCR工藝的優(yōu)點是：由于反應(yīng)溫度較高，可選擇的催化劑的種類較多；相對于低粉塵布置和末端布置來說省去了煙氣再熱系統(tǒng)，從而節(jié)省了投資和運行成本；早已完成工業(yè)化運用，并且已有20年的運行經(jīng)驗，是目前火電廠煙氣脫硝廣泛采取的工藝。其缺點是由于粉塵濃度較高，所以粉塵對催化劑的沖刷和磨損較大；省煤器是與鍋爐本體相連的，對于大型的機組而言，SCR反應(yīng)器的重量是比較大的，所以一般要設(shè)置獨立的SCR 反應(yīng)器的支撐鋼架，這就涉及到了鍋爐的重新調(diào)整和負荷重新計算的問題；煙氣中含有大量的 SO 2,催化劑可以使部分 SO 2氧化，生成難處理的SO 3,并可能與泄漏的氨生成腐蝕性很強的硫酸 氨（或者硫酸氫氨）鹽物質(zhì)

9、；由于流程較長，容易發(fā)生氨的泄漏，從而生成腐蝕性很強的硫酸氨（或者硫酸氫氨）鹽物質(zhì)，所以容易腐蝕后續(xù)的 空氣預熱器和靜電除塵器。2.2 低粉塵布置的SCR工藝及其特點圖2為其工藝流程圖圖2 SCR低粉塵布置的工藝流程圖低粉塵布置SCR工藝的優(yōu)點是鍋爐煙氣經(jīng)過靜電除塵器之后，粉塵濃度降低，可以延長催化劑的使用壽命；與鍋爐本體獨立，不影響鍋爐的正常運行；氨的泄漏量比高溫布置方式的泄漏量要少。其缺點是與高粉塵布置一樣，煙氣中含有大量的 SO2,催化劑可以使部分SO2氧化，生成難處理的SO3,并可能與泄漏的氨生 成腐蝕性很強的硫酸氨（或者硫酸氫氨）鹽物質(zhì)；由于煙氣溫度低（大概在 160c左右），可供選

10、擇的催化劑的種類較少；國內(nèi)沒有運用經(jīng)驗，并且國外可供參考的工程實例也比較少。2.3 SCR反應(yīng)器末端布置的工藝及其特點圖3為其工藝流程圖圖3 SCR反應(yīng)器末端布置的工藝流程圖末端布置SCR工藝的優(yōu)點是鍋爐煙氣經(jīng)過除塵脫硫后，可以采用更大煙氣流速和空速，從而使催化劑的消耗量大大的減少； 氨的逃逸量是最少的，并且不會腐蝕構(gòu)筑物（煙囪采用防腐煙囪）；不會產(chǎn)生SO 3,防止二次污染。 其缺點是一定要設(shè)置煙氣再熱系統(tǒng)，增加了投資和運行成本； 很難找到符合反應(yīng)條件的催化劑。3總結(jié)與展望國家環(huán)?？偩?004年修改通過的火電廠大氣污染排放標準（GB13223 2004）對火電廠NOx的排放已做出限制規(guī) 定，且

11、明確提出新建火電站除滿足現(xiàn)行排放標準外，須預留煙氣脫除氮氧化物裝置空間。相應(yīng)的排污費征收標準管理辦法從2004年7月1日起執(zhí)行。每當量的氮氧化物征收排污費0.6元（而原來是不收費的）。這也就為火電廠上煙氣脫硝工程提供了環(huán)保動力。針對我國煙氣脫硝市場及技術(shù)，結(jié)合發(fā)達國家煙氣脫硝的經(jīng)驗，現(xiàn)提出以下建議僅供參考： 首先，應(yīng)當完善煙氣脫硝的相關(guān)法律法規(guī)和相關(guān)技術(shù)標準。不僅可以使環(huán)境執(zhí)法有法可依，相關(guān)環(huán)保工程也有一個統(tǒng)一的技術(shù)標準； 對于煙氣脫硝技術(shù)的發(fā)展，可借鑒煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的成功經(jīng)驗，應(yīng)立足于引進消化國外先進技術(shù)與自主開發(fā)相結(jié)合的原則，逐步實現(xiàn)工藝及相關(guān)設(shè)備的國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化。 由于煙氣脫硝無論是市場還是技術(shù)在我國都顯得相當薄弱，所以當前火電廠氮氧化物的脫除可以采取分步脫除，首先可以采取低氮燃燒加上 SNCR （或SCR）技術(shù)，同時為適應(yīng)以后更加嚴格的環(huán)保要求預留一定脫氮空間； 加大科研力度。特別是加大低溫催化劑的研究開發(fā)和煙氣在SCR反應(yīng)器內(nèi)的溫度場、流場的分布模擬，切實提高煙氣的脫硝率； 煙氣同時脫硫脫硝凈化處理技術(shù)已成為各國控制火電廠煙氣污染的研發(fā)熱點，但目前因技術(shù)不成熟制約了大規(guī)模的推廣應(yīng)用。對于我國而言，其主要技術(shù)發(fā)展方向應(yīng)該是投資少、運行費用低、效率高、產(chǎn)物資源化的高新技術(shù)，