孫少波

摘要：超低排放中有一個(gè)重要的指標(biāo)就是氮氧化物，目前在電力行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的主要有三種方案分別是SCR、SNCR和SCRSNCR聯(lián)用。這三種方案都能達(dá)到較高的脫除效率，且各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，本文將先分別介紹這三種方案的主要特點(diǎn)以及存在的一些問(wèn)題。其中將著重介紹應(yīng)用較廣的SCR技術(shù)存在的催化劑中毒問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：超低排放;脫硝;催化劑

1概述

國(guó)家2011年頒布《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，隨后又提出超低排放的技術(shù)。這種技術(shù)指的是，采用多種污染物高效協(xié)同脫除，使得火電廠燃煤鍋爐大氣污染物排放濃度完全符合燃?xì)鈾C(jī)組排放限值，即：煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度不超過(guò)10mgNm3、35mgNm3、50mgNm3。超低排放中有一個(gè)重要的指標(biāo)就是氮氧化物，目前在電力行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的主要有三種方案分別是SCR、SNCR和SCRSNCR聯(lián)用。這三種方案都能達(dá)到較高的脫除效率，且各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，本文將先分別介紹這三種方案的主要特點(diǎn)以及存在的一些問(wèn)題。

2SNCR

2.1SNCR脫硝原理

SNCR全稱為選擇性非催化還原技術(shù)，這種方法不使用催化劑，利用鍋爐爐膛的溫度，在850至1100℃的溫度范圍內(nèi)將氮氧化物NOx還原成為N2和H2O。使用NH3作為還原劑時(shí)反應(yīng)機(jī)理為：在溫度合適時(shí)：4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O;但當(dāng)溫度不適合時(shí)，就會(huì)發(fā)生副反應(yīng)：4NH3+5O2=4NO+6H2O;而使用尿素為還原劑時(shí)反應(yīng)方程為：2NO+2CO（NH2）2+O2=4N2+2CO2+2H20。

2.2SNCR的工作流程

SNCR系統(tǒng)煙氣脫硝過(guò)程是由下面四個(gè)基本過(guò)程完成：

（1）接收和存儲(chǔ)還原劑;（2）還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋;（3）在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑;（4）還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

2.3SNCR優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

SNCR脫硝效率對(duì)大型燃煤機(jī)組可達(dá)25%～40%，對(duì)小型機(jī)組可達(dá)80%。由于該法受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響很大，多用作低氮燃燒技術(shù)的補(bǔ)充處理手段。其工程造價(jià)低、布置簡(jiǎn)易、占地面積小，適合老廠改造，新廠可以根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)配合使用。但在超低排放的要求下，使用SNCR不能使污染物排放達(dá)標(biāo)，且逸氨問(wèn)題嚴(yán)重，因此SCR技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

3SCR

3.1SCR脫硝原理

SCR全稱為選擇性催化還原技術(shù)，是目前應(yīng)用廣泛、可靠性高的脫硝技術(shù)。SCR與SNCR的反應(yīng)原理基本相同，但SCR相較于SNCR增加了催化劑，可以大大提高反應(yīng)速率和效率，因此催化劑的研制是SCR技術(shù)的核心，也一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，金屬氧化物催化劑、分子篩形催化劑和碳基催化劑是現(xiàn)階段研究的三個(gè)方向。[1]其中V2O5-WO3TiO2型金屬氧化催化劑在現(xiàn)役燃煤電廠中廣泛地商業(yè)化使用，并且運(yùn)行情況穩(wěn)定。[2]現(xiàn)在SCR的反應(yīng)機(jī)理的研究，尤其是V系催化劑，已經(jīng)較為成熟，并且有兩種廣泛接受的觀點(diǎn)：一種認(rèn)為反應(yīng)遵循Eley-Rideal機(jī)理，即吸附態(tài)的NH3與氣相NO反應(yīng);另一種認(rèn)為遵循Langumir-Hinshelwood機(jī)理，即NH3和NO吸附在相鄰活性點(diǎn)位上，并發(fā)生反應(yīng)。毛劍宏[3]總結(jié)的前人對(duì)VWTi研究，認(rèn)為不同學(xué)者提出了不同的反應(yīng)機(jī)理，這些機(jī)理的反應(yīng)物種、中間產(chǎn)物及活性位不同，但以下觀點(diǎn)是共通的：

E-R模型即NH3吸附更被學(xué)者廣泛接受;吸附發(fā)生在酸性活性中心;活性中心的催化劑發(fā)生氧化還原反應(yīng);活性中心是V，不同的模型區(qū)別于V活性位數(shù)目。

3.2SCR存在的問(wèn)題

因?yàn)镾CR的高效的脫硝能力，幾乎90%的機(jī)組都是利用此技術(shù)達(dá)到超低排放脫硝要求標(biāo)準(zhǔn)。但SCR并不是完美無(wú)缺的，其主要問(wèn)題體集中在以下四點(diǎn)上：

（1）催化劑容易中毒、燒結(jié)、堵灰、磨損;（2）空預(yù)器堵塞;（3）逸氨;（4）價(jià)格高昂。

在SCR中使用的催化劑大多以TiO2為載體，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MnO3為活性成分，制成蜂窩式、板式或波紋式三種類型。應(yīng)用于煙氣脫硝中的SCR催化劑可分為高溫催化劑（345℃～590℃）、中溫催化劑（260℃～380℃）和低溫催化劑（80℃～300℃），不同的催化劑適宜的反應(yīng)溫度不同。如果反應(yīng)溫度偏低，催化劑的活性會(huì)降低，導(dǎo)致脫硝效率下降，且如果催化劑持續(xù)在低溫下運(yùn)行會(huì)使催化劑發(fā)生永久性損壞;如果反應(yīng)溫度過(guò)高，NH3容易被氧化，NOx生成量增加，還會(huì)引起催化劑材料的相變，使催化劑的活性退化。

本文認(rèn)為引起中低溫運(yùn)行SO2、H2O中毒的，不是可逆的競(jìng)爭(zhēng)吸附占據(jù)吸附NH3的活性點(diǎn)位，而是生成的硫酸氫氨、硫酸銨堵塞催化劑孔道覆蓋催化劑活性點(diǎn)位。利用XRD測(cè)量NH3-SCR催化劑表面，發(fā)現(xiàn)存在大量歸屬于硫酸氫氨（ABS）、硫酸銨的吸收峰，[4]證實(shí)了上述結(jié)果。同時(shí)，在300℃左右，ABS的熱穩(wěn)定性更好，[5]因此通常認(rèn)為中低溫區(qū)催化劑失活和ABS的生成有很大關(guān)系。

4SCRSNCR聯(lián)用技術(shù)

與單一的SCR技術(shù)和SNCR技術(shù)相比，SNCRSCR連用煙氣脫硝技術(shù)具有：（1）脫硝效率可以接近SCR技術(shù);（2）催化劑用量少;（3）脫硝系統(tǒng)阻力小;（4）減少SO2向SO3的轉(zhuǎn)化，降低腐蝕危害。SCRSNCR聯(lián)用技術(shù)是把SNCR工藝低費(fèi)用特點(diǎn)和SCR工藝地高脫硝效率及低地氨逸出效率有效結(jié)合。[6]

5總結(jié)

目前在火電行業(yè)內(nèi)，脫硝技術(shù)較為成熟和完善，能滿足目前的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，但是還存著很多問(wèn)題，如成本問(wèn)題、催化劑國(guó)產(chǎn)化、催化劑中毒問(wèn)題等，這些也將成為相關(guān)領(lǐng)域未來(lái)的研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉霞，屈睿.國(guó)外SCR催化劑研究進(jìn)展[J].廣東化工，2008，（11）：65-68.

[2]陳崇明，郁金星，陳二松，李振海.商用蜂窩式SCR催化劑脫除NOx試驗(yàn)研究[J].潔凈煤技術(shù)，2017，23（05）：88-91.

[3]毛劍宏.大型電站鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2011.

[4]束航，張玉華，范紅梅，張亞平，楊林軍.SCR脫硝中催化劑表面NH4HSO4生成及分解的原位紅外研究[J].化工學(xué)報(bào)，2015，66（11）：4460-4468.

[5]楊超，程華，黃碧純.抗SO2和H2O中毒的低溫NH3-SCR脫硝催化劑研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2014，33（04）：907-913.

[6]蔡小峰，李曉蕓.SNCR-SCR煙氣脫硝技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力環(huán)境保護(hù)，2008，24（3）：26-29.

[7]王繼華.SCR＼＼SNCR和SNCRSCR煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用及比較.電力科技與環(huán)保，2018.10.