SCR脫硝（選擇性非催化還原反應）
 

　　SCR（Selective Catalytic Reduction）即為選擇性催化還原技術，目前氨催化還原法是應用得最多的技術。它沒有副產物，不形成二次污染，裝置結構簡單，并且脫除效率高（可達90%以上），運行可靠，便于維護等優點。  選擇性是指在催化劑的作用和在氧氣存在條件下，NH3優先和NOx發生還原脫除反應，生成氮氣和水，而不和煙氣中的氧進行氧化反應，

　　其主要反應式為：

　　（1）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

　　（2）2NO2+4NH3 +O2→ 3N2+6H2O
 

　　在沒有催化劑的情況下，上述化學反應只是在很窄的溫度范圍內（980℃左右）進行，采用催化劑時其反應溫度可控制在300-400℃下進行，相當于鍋爐省煤器與空氣預熱器之間的煙氣溫度，上述反應為放熱反應，由于NOx在煙氣中的濃度較低， 故反應引起催化劑溫度的升高可以忽略。



 

　　SCR工作原理
 

　　選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術是指在催化劑的作用下，還原劑與煙氣中的氮氧化物反應生成無害的氮和水，從而去除煙氣中的NOx。 選擇性是指還原劑NH3和煙氣中的NOx發生還原反應，而不與煙氣中的氧氣發生反應。
 

　　SCR脫硝系統組成
 

　　SCR 脫硝系統主要包括SCR反應器、催化劑、反應器殼體和鋼結構、煙道系統、還原劑儲存制備供應系統、還原劑噴射系統 、和吹灰系統。
 

　　1、SCR反應器

　　反應器的截面尺寸根據鍋爐的大小設計，每臺脫硝反應器設計成2＋1層催化劑布置方式，其中上層為預留層。煙氣經過與氨氣均勻混合后垂直向下流經反應器，反應器入口設置氣流均布裝置，反應器主要由里面布置的催化劑、催化劑支撐梁、反應器殼體、密封板等組成。  在反應器內，還原劑（液氨）在催化劑的作用下與煙氣中的氮氧化物反應生成無害的氮和水，從而去除煙氣中的NOx。
 

　　2、催化劑

　　催化劑有貴金屬和普通金屬之分，貴金屬催化劑由于它們和硫反應，且價格昂貴，實際上不予采用，普通催化劑催化效率不是很高，價格也比較貴，要求反應溫度范圍為300～400℃。比較常用的催化劑含有氧化釩和氧化鈦。  SCR催化劑由陶瓷支架和活性成分（氧化釩，氧化鈦，有時候還有鎢）組成，現在使用的催化劑性狀主要有兩種：蜂窩形和板形。采用預制成型的蜂窩型陶瓷，催化劑填充在蜂窩空中或涂刷在基質上。采用板形時在支撐材料外涂刷催化劑。煙氣含塵時，吸收塔一般是垂直布置，煙氣由上而下流動。催化劑布置在2層到4層（或組）催化劑床上，為充分利用催化劑，一般布置3層或4層，同時提供一個備用的催化床層。當催化劑活性降低時，在備用層中安裝催化劑。持續失活后，在旋轉基座上更換催化劑，一次只換一層，從頂層開始，這種方法可 以充分利用催化劑。吸收塔內布置吹灰器，定期吹灰，吹去沉積在催化床上的灰塵。  SCR系統的性能主要由催化劑的質量和反應條件所決定。在SCR反應器中催化劑體積越大，NOx的脫除率越高同時氨的逸出量也越少，然而 SCR工藝的費用也會顯著增加。
 

　　3、反應器殼體和鋼結構

　　反應器殼體是包含催化劑的外部結構，主要由框架鋼結構、鋼板焊接而形成密閉的空間。為了防止煙氣的散熱，在反應器內外護板之間布置保溫材料。  為支撐催化劑，在每層催化劑的下面布置有支撐鋼結構梁，將催化劑模塊成排布置在支撐梁上。  在反應器的入口設置氣流均布裝置，反應器內部易于磨損的部位設有防磨措施。內部各種加強板及支架均設計成不易積灰的型式，同時將考慮熱膨脹的補償措施。在反應器殼體上設置更換催化劑的門、人孔門和安裝聲波吹灰器的孔。
 

　　4、煙道系統

　　煙道分為反應器入口煙道和出口煙道二部分。  入口煙道從鍋爐尾部省煤器出口膨脹節至反應器入口為止。在入口煙道上布置有氨噴射裝置、管式混合器、煙氣導流板和灰斗等。  出口煙道從反應器出口至鍋爐尾部空預器入口為止。在出口煙道上布置有煙氣導流板等。
 

　　5、還原劑儲存制備供應系統

　　還原劑用罐裝卡車運輸，以液體形態儲存于還原劑儲罐中；還原劑在注入SCR 系統煙氣之前經由蒸發器蒸發氣化，并經過緩沖罐穩壓后供應反應器脫硝使用，這部分工作都是在還原劑儲存制備供應系統內完成的。  還原劑儲存制備供應系統主要由卸料壓縮機、還原劑儲罐、還原劑蒸發槽、還原劑緩沖槽及還原劑輸送管道等，并備有氮氣吹掃系統。
 

　　6、還原劑噴射系統

　　還原劑噴射系統包括由氣化的還原劑與稀釋空氣混合，通過噴還原劑格柵噴入SCR反應器上游的煙氣中這一工藝過程。
 

　　6.1稀釋風機

　　還原劑在空氣中的體積濃度達到16～25%時，會形成II類可燃爆炸性混合物。為保證注入煙道的還原劑與空氣混合物的安全，除控制混合器內還原劑的濃度遠低于其爆炸下限外，還保證氨在混合器內均勻分布，噴入反應器入口煙道的氨氣為空氣稀釋后的含5％左右還原劑的混合氣體。所選擇的風機滿足脫除煙氣中NOx值的要求，并留有一定的余量。稀釋風機按2臺100％容量設置（1運1備）。風量裕度不低于10%，風壓裕度不低于20%。
 

　　6.2 還原劑/空氣混合器

　　為了保證還原劑與稀釋空氣均勻混合，每臺鍋爐采用2臺混合器，混合器為隔板式。
 

　　6.3 還原劑噴射格柵

　　還原劑的注入采用格柵式，在管道上布置很多噴嘴，以保證噴入煙道內的還原劑與煙氣均勻分配和混合。在噴射格柵的入口每一區域分配管道上設有手動流量調節閥，以調節個個區域還原劑的分配。
 

　　7、吹灰系統
 

　　SCR反應器采用聲波吹灰器，每臺反應器安裝一套聲波吹灰系統。每一層催化劑設置3臺吹灰器，一臺鍋爐共裝有12臺聲波吹灰器。吹灰控制納入機組DCS系統。
 

　　在SCR技術設計和應用中，影響脫硝效果的主要因素包括：
 

　　1、溫度對催化劑反應性能的影響

　　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,其適宜的反應溫度也差別各異。如果反應溫度太低,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運行,將導致催化劑的性損壞；如果反應溫度太高,NH3容易被氧化,生成NOx的量增加,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反應器的布置方式是密切相關的，一般可以把催化劑的種類分為三類：高溫催化劑(345℃～590℃)、中溫催化劑(260℃～380℃)和低溫催化劑(80℃～300℃)。目前,國內外SCR系統大多采用高溫催化劑,反應溫度在315℃～400℃。
 

　　2、空速（SV）對催化劑性能的影響

　　煙氣在SCR反應塔中的空塔速度是SCR 的一個關鍵設計參數, 它是煙氣體積流量(標準狀態下的濕煙氣))與SCR反應塔中催化劑體積比值, 反映了煙氣在SCR 反應塔內的停留時間的大小。煙氣的空塔速度越大,其停留時間越短。一般SCR 的脫硝效率將隨煙氣空塔速度的增大而降低。空塔速度通常是根據SCR反應塔的布置、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。
 

　　3、摩爾比對NO轉換的影響

　　理論上，lmoI的NO需要1moI的NH3去脫除。根據化學反應平衡知識，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對環境的二次污染，一般在設計過程中，NH3/NO的值控制在0.8～1.2的范圍內比較合適，并且結合機組負荷的變化而變化。
 

　　4、催化劑的選擇對SCR工藝的影響

　　SCR系統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。
 

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