【摘要】SCR煙氣脫硝技術(shù)是一種脫硝效率較高的煙氣中NOx處理技術(shù)，隨著國(guó)家NOX排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷加嚴(yán)，近年來大型燃煤電廠普遍采用SCR脫硝技術(shù)，取得到較好的效果。本文介紹了SCR工藝原理、催化劑及還原劑類型及特點(diǎn)、影響脫硝效率的因素，通過某燃煤電廠采用此工藝的成功應(yīng)用，闡述了SCR煙氣脫硝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】選擇性催經(jīng)還原法（SCR）；催化劑；脫硝效率；氨逃逸

隨著大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的推進(jìn)，要求火電行業(yè)在2018年底前必須全部完成超低排放改造，到期未完成改造的，堅(jiān)決予以關(guān)停淘汰[5]。超低排放要求，即煙氣中各類污染物排放濃度符合《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）表2燃?xì)廨啓C(jī)組特別排放限值，以燃煤電廠排放煙氣中NOx實(shí)現(xiàn)超低改造為例，即要求NOx排放濃度小于50mg/m3[1]。目前燃煤電廠多采用SCR、SNCR脫硝技術(shù)，但從大部分工程實(shí)例來看，想要實(shí)現(xiàn)NOx排放濃度小于50mg/m3的超低排放要求，采用SCR技術(shù)更為可靠。本文從某燃煤電廠采用SCR脫硝工藝處理煙氣中氮氧化物實(shí)現(xiàn)超低排放的實(shí)際應(yīng)用，探討了SCR脫硝技術(shù)在燃煤電廠煙氣處理中的應(yīng)用及效果。

1、SCR工藝原理

選擇性催化還原SCR煙氣脫硝技術(shù)是上世紀(jì)七十年代末八十年代初首先由日本發(fā)展起來的，即在催化劑的作用下NH3可以選擇性地和NOx反應(yīng)生成N2和H2O，其基本反應(yīng)方程式為：4NO+4NH3+O2，6H2O+4N2，6NO2+8NH3，12H2O+7N2

上面第一個(gè)反應(yīng)是主要的，因?yàn)闊煔庵袔缀?5%的NOx是以NO的形式存在。另外，由于煙氣成分的復(fù)雜性和氧的存在，伴隨著NH3對(duì)NOx還原的主反應(yīng)還會(huì)發(fā)生一系列副反應(yīng)并生成相應(yīng)產(chǎn)物?？梢宰鳛镾CR反應(yīng)還原劑的有NH3、CO、H2，還有甲烷、丙烷、丙烯等，以氨作為還原劑的時(shí)候，NO的脫除效率最高。

2、SCR裝置布置方式

SCR工藝有幾種不同的布置方式：高溫高塵布置、高溫低塵布置以及低溫低塵布置。

高溫高塵SCR系統(tǒng)：在這種方式中，SCR布置在省煤器的下游、空氣預(yù)熱器和除塵裝置的上游。在這一位置布置，一般采用金屬氧化物催化劑。這種方式布置的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度達(dá)300-500℃，溫度通常處于SCR反應(yīng)的最佳溫度區(qū)，多數(shù)催化劑在此溫度范圍內(nèi)有足夠的活性，煙氣不需加熱，可獲得較好的NOx凈化效果。但催化劑處于高塵煙氣中，壽命會(huì)受下列因素影響：飛灰中K、Na、Ca、Si、As會(huì)使催化劑污染或中毒；飛灰磨損反應(yīng)器并使蜂窩催化劑堵塞；若煙氣溫度過高會(huì)使催化劑燒結(jié)或失效。

高溫低塵SCR系統(tǒng)：此種布置是將靜電除塵器布置在SCR系統(tǒng)前面，以防止煙氣中飛灰對(duì)催化劑的污染和對(duì)反應(yīng)器的磨損和堵塞。在設(shè)計(jì)峰窩狀催化劑的時(shí)候，催化劑的孔間距可以縮小到4-7mm，這樣可以減小催化劑的體積。同時(shí)，與高溫高塵SCR系統(tǒng)相比，具有低成本、催化劑壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是當(dāng)煙氣通過ESP之后溫度有所下降，雖然煙氣溫度通常不會(huì)下降到需要重新進(jìn)行加熱的溫度點(diǎn)，但可能需要增加省煤器旁路和尺寸，以保證溫度維持在SCR系統(tǒng)所需要的最佳溫度區(qū)間范圍之內(nèi)。

低溫低塵SCR系統(tǒng)：通常將SCR反應(yīng)器布置在所有的氣體排放控制設(shè)備之后，包括顆粒物控制設(shè)備和濕法煙氣脫硫。在歐洲和日本早期建造的燃煤鍋爐電站系統(tǒng)中，通常采用此種布置。在前面的氣體控制設(shè)備中，已經(jīng)除去了絕大多數(shù)對(duì)SCR催化劑有害的組分，催化劑不會(huì)受飛灰和SO3等氣態(tài)毒物的影響，但由于煙溫較低，一般需要對(duì)煙氣再加溫，使煙溫提高到催化劑的活化溫度，勢(shì)必增加能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用。

目前，普遍采用高溫高塵布置方式。

3、常用還原劑類型

SCR所用還用劑有三類：液氨、氨水、尿素。采用液氨作為還原劑時(shí)，其設(shè)備包括：卸料壓縮機(jī)、儲(chǔ)氨罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖罐、氨氣稀釋槽、廢水池、廢水泵和氮?dú)馄績(jī)?chǔ)存室等，還原劑制備儲(chǔ)存設(shè)施宜在脫硝裝置附近集中布置，稱為氨區(qū)，氨區(qū)須有可靠的安全防護(hù)設(shè)施，如氣體濃度檢測(cè)報(bào)警裝置、防雷防靜電裝置、相應(yīng)的消防設(shè)施、急救設(shè)備、應(yīng)急泄漏處理設(shè)備等。采用氨水作為還原劑，其濃度約20-29%，較液氨相對(duì)安全。采用尿素作為還原劑時(shí)尿素需要經(jīng)過熱解或水解來制得NH3，從而增加系統(tǒng)的能耗及運(yùn)行費(fèi)用。從還原劑的輸送及貯存、安全性能等多方面綜合考慮，目前大多采用尿素作為還原劑。

4、SCR系統(tǒng)催化劑

SCR法工藝的核心是催化劑，理想的催化劑應(yīng)具有以下幾點(diǎn)：有較高的NOx選擇性；在較低的溫度下和較寬的溫度范圍內(nèi)，具有較高的催化活性；具有較好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性；費(fèi)用合理[3]。催化劑主要有三類：以Pt-Rh和Pd等貴金屬為活性組分的催化劑，以金屬氧化物作為活性成分的金屬氧化物催化劑，沸石分子篩催化劑。最常用的是金屬氧化物催化劑，如V2O5（WO3）、Fe2O3、CuO、NiO等金屬氧化物，載體主要為TiO2、Al2O3、SiO2等[2]。催化劑一般有平板式、波紋板式和蜂窩狀三類，平板式催化劑采用鋼板作為骨架，表面涂敷活性催化劑層，相對(duì)重量輕，比表面積小，和波紋狀及峰窩狀催化劑相比所處理相同煙氣量，體積較大；峰窩狀催化劑具有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)具有表面和深層催化作用，孔隙率高，強(qiáng)度高，磨損不易導(dǎo)致催化劑剝離、散失，催化劑很難失效；波紋板式催化劑活性物質(zhì)利用率高，體積小，重量輕，密度小，但易堵塞，不耐磨損，壽命短。目前國(guó)內(nèi)外電廠鍋爐多采用峰窩狀催化劑。

5、影響SCR脫硝效率的因素

影響SCR系統(tǒng)脫硝效率的主要因素包括反應(yīng)溫度、氨氮摩爾比（NH3/NOX）、煙氣含塵量、氨逃逸率、反應(yīng)時(shí)間等。（1）反應(yīng)溫度 對(duì)NOx脫除效率有較大的影響，在SCR過程中溫度的影響存在兩種趨勢(shì)，一方面溫度升高使脫氮反應(yīng)速率增加，使NOx脫除效率升高；另一方面溫度升高NH3氧化反應(yīng)開始發(fā)生，使NOx脫除效率下降；一般煙氣溫度控制在320-400℃，過高或過低的溫度都會(huì)導(dǎo)致催化劑無法正常起到催化作用，致使脫硝效率降低。（2）氨氮摩爾比 NOx脫除效率隨著氨氮摩爾比增加而增加，當(dāng)氨氮摩爾比小于1時(shí)，其影響更加明顯，若NH3投入量超過需要量，NH3氧化等副反應(yīng)的反應(yīng)速率將增大，從而降低了NOx脫除效率，同時(shí)氨逃逸增大，造成二次污染，在SCR工藝中，一般控制氨氮摩爾比在1.2以下[3]。（3）反應(yīng)時(shí)間 煙氣與催化劑接觸時(shí)間越長(zhǎng)，脫硝效率越高，這主要是由于反應(yīng)氣體與催化劑的接觸時(shí)間增大，有利于反應(yīng)在催化劑微孔內(nèi)的擴(kuò)散、吸附、反應(yīng)和產(chǎn)物氣的解吸、擴(kuò)散，從而使NOx脫除效率提高，但是，若接觸時(shí)間過長(zhǎng)，NH3氧化反應(yīng)開始發(fā)生，使NOx脫除效率下降。（4）入口煙氣含塵量 在燃煤鍋爐排煙脫硝系統(tǒng)中，由粉塵帶來的脫硝系統(tǒng)操作惡化主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：堵塞催化劑單元，使壓損增大；粉塵中含有的堿分以及其他有害物質(zhì)覆蓋在催化劑表面，可能引起催化劑中毒；隨著煙氣中含塵量的增加，對(duì)催化劑單元的磨損加劇。（5）氨逃逸率 殘余NH3對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，主要是與煙氣中SO2、SO3共同作用的結(jié)果，生成帶有較強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，導(dǎo)致催化劑模塊本身以及下游空氣預(yù)熱器的腐蝕加劇，SCR反應(yīng)器出口氨逃逸率必須控制在小于3ppm的范圍內(nèi)[2]。（6）SO2/SO3轉(zhuǎn)化率 如果SCR脫硝反應(yīng)發(fā)生在含有SO2的煙氣中，SO2會(huì)轉(zhuǎn)化為SO3， 這一反應(yīng)對(duì)于SCR脫硝反應(yīng)是非常不利的，因?yàn)镾O3可以和煙氣中的水以及NH3反應(yīng)，從而生成硫酸氨和硫酸氫氨，而這些氨鹽沉積在催化劑表面使催化劑失去活性，同時(shí)對(duì)下游空氣預(yù)熱器產(chǎn)生堵塞。

6、煙氣SCR脫硝技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

以我市一家燃煤電廠煙氣脫硝技術(shù)為例，該電廠采用SCR脫硝，還原劑為尿素，催化劑為釩鈦系蜂窩狀金屬氧化物類催化劑，采用高溫高塵布置，即：從尿素儲(chǔ)存和制備系統(tǒng)制得的氨氣送至氨/空氣混合器與空氣混合，混合后的氣體再送至SCR反應(yīng)器內(nèi)與煙氣中的氮氧化物在催化條件下反應(yīng)，從而達(dá)到去除氮氧化物的目的，脫硝后的煙氣經(jīng)空預(yù)器后進(jìn)入靜電除塵器再去石灰石-石膏法脫硫塔脫除SO2，再進(jìn)入濕式電除塵進(jìn)一步除塵除霧后從煙囪排出，采用此工藝處理后的煙氣中煙塵≤5mg/m3，SO2≤35mg/m3，NOx≤50mg/m3，滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）燃?xì)廨啓C(jī)組特別排放限值，實(shí)現(xiàn)了超低排放目標(biāo)。

7、結(jié)語

通過大量燃煤電廠鍋爐脫硝工藝對(duì)比，在各種脫硝技術(shù)中，SCR脫硝效率最高，可達(dá)90%以上，工藝參數(shù)正常運(yùn)行情況下NOx排放濃度可以穩(wěn)定低于50 mg/m3，污染物去除效率好，滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，投資和運(yùn)行費(fèi)用均較高。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，SCR脫硝技術(shù)應(yīng)該是我國(guó)煙氣脫硝的基本技術(shù)，對(duì)于目前嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)首選SCR煙氣脫硝技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），環(huán)境保護(hù)部，2011.7

[2] 《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》，環(huán)境保護(hù)部，2010.1

[3] 注冊(cè)環(huán)保工程師專業(yè)考試復(fù)習(xí)教材 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社

[4] 釧秦，燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實(shí)例[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版，2002

[5] 火電廠鍋爐煙氣脫硝提標(biāo)改造項(xiàng)目竣工驗(yàn)收監(jiān)測(cè)報(bào)告 銀川市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 2017