脱硝工艺介绍

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SCR反应化学方程式如下： 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O

（3-1） （3-2）

在燃煤烟气的NOx中，NO约占95%，NO2约占5%，所以化学反应式（3-1）为主要反应，实际氨氮比接近1:1。

SCR技术通常采用V2O5/TiO2基催化剂来促进脱硝还原反应。脱硝催化剂使用高比表面积专用锐钛型TiO2作为载体，（钒）V2O5作为主要活性成分，为了提高脱硝催化剂的热稳定性、机械强度和抗中毒性能，往往还在其中添加适量的WO3、（钼）MoO3、玻璃纤维等作为助添加剂。

催化剂活性成分V2O5 在催化还原NOx 的同时，还会催化氧化烟气中SO2 转化成SO3（反应3-3）。在空预器换热元件140~220℃低温段区域，SO3 与逃逸的NH3 反应生成高粘性NH4HSO4（反应3-4），粘结与粘附烟气中的飞灰颗粒恶化空预器元件堵塞与腐蚀。为此，除严格控制氨逃逸浓度小于3ppm外，应尽可能减少V2O5 含量，并添加WO3或MoO3，控制催化剂活性，抑制SO2/SO3 转化，通常要求烟气经过催化剂后的SO2/SO3 转化率低于1.0%。

2SO2 + O2 → 2SO3

（3-3）

（3-4）

SO3+NH3+H2O→NH4HSO4

SCR技术是当前世界上主流的烟气脱硝工艺，自上世纪70年代在日本燃煤电厂开始正式商业应用以来，目前在全世界范围内得到广泛的应用。作为一种成熟的深度烟气NOx后处理技术，无论是新建机组还是在役机组改造，绝大部分煤粉锅炉都可以安装SCR装置。其具有如下特点：

? 脱硝效率可以高达95%，NOx排放浓度可以控制到50mg/m3（标态，干基，6%O2）以下，是其他任何一项脱硝技术都无法单独达到的；

? 催化剂在与烟气接触过程中，受到气态化学物质毒害、飞灰堵塞与磨损等因素的影响，其活性逐渐降低，通常3~4年增加或更换一层催化剂。对于废弃催化剂，由于富集了大量痕量重金属元素，需要谨慎处理；

? 会增加锅炉烟道系统阻力900~1200Pa；

? 系统运行会增加空预器入口烟气中SO3浓度，并残留部分未反应的逃逸氨气，两者在空预器低温换热面上易发生反应形成NH4HSO4，进而恶化空预器冷端的堵塞

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和腐蚀，因此需要对空预器采取抗NH4HSO4堵塞的措施。

2.2 SCR技术分类

烟气脱硝SCR工艺根据反应器在烟气系统中的位置主要分为三种类型（图3）：高灰型、低灰型和尾部型等。

1）高灰型SCR工艺：脱硝催化剂布置在省煤器和空预器之间，烟气中粉尘浓度和SO2含量高，工作环境相对恶劣，催化剂活性下降较快，需选用低SO2氧化活性、大节距、大体积催化剂，但烟气温度合适（300~400℃），经济性最高，是目前燃煤电厂烟气脱硝的主流布置形式。

2）低灰型SCR工艺：脱硝催化剂位于除尘器和脱硫设施之间，烟气中粉尘浓度低，但SO2含量高，可选用低SO2氧化活性、小节距、中体积催化剂，但为了满足催化剂反应活性温度要求，需相应配置高温除尘系统，目前此项工艺仅在日本有所应用。

3）尾部型SCR工艺：脱硝催化剂位于脱硫设施后，烟气中粉尘浓度和SO2含量都很低，可选用低SO2氧化活性、小节距、小体积催化剂，但由于烟气温度低于80℃，与低灰布置形式类似，需要采用GGH烟气换热或外部热源加热方式将烟气温度升至催化剂活性反应温度，系统复杂，同样只适用于烟气成分复杂或者空间布置受到限制特定情况，此种布置形式在垃圾焚烧厂中有较多应用。

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图3 SCR反应器布置示意图

2.3 还原剂选择

还原剂的选择是影响SCR脱硝效率的主要因素之一，应具有效率高、价格低廉、安全可靠、存储方便、运行稳定、占地面积小等特点。目前，常用的还原剂有液氨、尿素和氨水三种。结合本期工程的特点、国家规范和当地环保部门要求，对脱硝剂的选择进行分析如下。

图4 液氨制氨工艺流程图

图5氨水制氨工艺流程图

1）液氨法（图4）：液氨由专用密闭液氨槽车运送到液氨储罐，液氨储罐输出的液氨在液氨蒸发器蒸发成氨气，并将氨气加热至常温后，送到氨气缓冲罐备用。缓冲罐的氨气经调压阀减压后，送入各机组的氨气/空气混合器中，与来自风机的空气充分混合后，通过喷氨格栅（AIG）喷人烟气中，与烟气混合后进入SCR催化反应器。液氨法在国内的运行业绩较多。

2）氨水法（图5）：通常是用25％的氨水溶液，将其置于存储罐中，然后通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽。可以采用接触式蒸发器法或采用喷淋式蒸发器法。氨水法对储存空间的需求较大，且运行中氨水蒸发需要消耗大量的能量，运行费用较高，国内业绩非常少。

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3）尿素法：分为水解技术与热解技术。其中水解技术包括AOD法（由SiiRTEC NiGi公司提供），U2A法（由Wahlco公司和Hammon公司提供，图6）和NOxOUT Ultra热解技术（Fuel tech公司提供，图7）。目前在国内只有国电青山电厂采用了尿素水解技术，该脱硝机组已于2011年8月27日通过168h试运，但其技术经济性与稳定性还有待验证。热解技术在国内有部分运行业绩，如华能北京热电厂（4×830t/h锅炉）、京能石景山热电厂（4×670t/h锅炉）、华能玉环电厂（4×1000MW机组）等。相对液氨法尿素法制氨初投资及运行费用均较高。

图6 尿素水解制氨工艺流程图

图7 尿素热解制氨工艺流程图

三种还原剂的性能比较见表2：