选择性催化还原SCR-脱硝技术应用问题及对策

选择性催化还原(SCR)脱硝技术应用问题及对策来源：节能技术 更新时间：6-28 11:10作者:邹斯诣摘要本文系统地介绍了 SCR法脱硝原理,并分析了影响SCR法性能的一些因素，主要 包括催化剂活性、烟气温度、S02转化率、NH3的逃逸。根据SCR法脱硝技术原理和 应用实践,讨论了影响脱硝设备性能的技术和工程原因,针对实际应用中存在的问题提出了 相应的对策。关键词:SCR ,氮氧化物,催化剂,S02转化率,NH3逃逸0 前言我国一次能源结构以煤炭为主,燃煤产生的氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染 源之一，不仅会形成酸雨,还能导致光化学烟雾，危害人类健康,而燃煤电站是NOx排放的大 户。煤燃烧过程中生成的NOx有三种方式:热力型NOx ,它是空气中的氮气在高温下氧化 而成;燃料型NOx ,它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成;速 度型NOx ,它是燃烧时空气中氮和燃料中的碳氢化合物反应生成的。对于燃煤电站锅炉，一 般热力型NOx占总NOx排放量的25 %，燃料型NOx占75 %，速度型NOx所占份额很 少。目前燃煤电站的NOx控制技术主要包括各类低NOx燃烧技术如空气分级燃烧、燃料 分级燃烧、煤粉再燃等以及烟气脱硝技术如SCR(选择性催化还原)、SNCR(非选择性催化 还原)等。其中SCR技术具有较高的脱硝效率可达90 %) 且技术较为成熟，无二次污染， 在我国得到了越来越多的应用。1 SCR 法基本原理氮氧化物(NOx)选择性催化还原过程是在催化剂的作用下，通过加氨(NH3)可以把NOx 转化成空气中天然含有的氮气(N2)和水，由于NH3可以选择性的”DNOx反应而不是被 氧气(O2)氧化，因此反应被称为具有选择性”主要反应方程式如下：4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O6NO + 4NH3 5N2 + 6H2O2NO2 + 4NH3 + O2 3N2 + 6H2O6NO2 + 8NH3 7N2 + 12H2ONO + NO2 + 2NH3 2N2 + 3H2O除上述反应之外,在条件改变时,还可能发生以下副反应:4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O4NH3 + 5O2 4N0 + 6H2O2NH3 N2 + 3H2SO3 + 2NH3 + H2O (NH4) 2SO4S03 + NH3 + H2O NH4HSO42 影响 SCR 法脱硝性能因素及对策2.1 催化剂的活性 市场上主流催化剂有三种,分别为蜂窝式、平板式、与波纹板式。表 1 给出了三种形式 催化剂特性比较。表1二种催化刑特性比较頤目辿皱板戍比表面團(血/品)大巾中等词爭采件卜历需怵积垦怕对小相对;k樹对大1.2411.4S申零抗空寢性料堆杭堵塞fl瑕-Sc目前，广泛应用的SCR催化剂是以TiO2为载体,V2O5 - WO3为活性物质组成的平板 式催化剂。催化剂活性丧失主要原因是由于在 SCR 装置在实际运行过程中,由于烟气中的 某些成分引起催化剂中毒、烟气温度过高造成催化剂烧结、由于飞灰的撞击造成催化剂的磨 蚀等。2.1.1 催化剂中毒 催化剂的中毒主要为碱金属中毒和金属砷中毒。两种中毒的机理为水溶性碱金属和气态 砷化物进入催化剂内部并堆积,在催化剂活性位置与其他物质发生反应,引起催化剂活性降 低。对于碱金属中毒,由于碱金属在水溶下的活性很强,将会完全渗透进入催化剂材料中,所以 避免水蒸汽在催化剂表面凝结,可有效避免此类情况发生。烟气中含水率与催化剂活性的关 系如图 1 所示。雅.00阳 VI I O0理5 W 15202330 站含水辛（体51分数H尿图1烟气含水奉对榷化剂活性的毙响典型的砷中毒是由于烟气中的 As2O3 引起的, As2O3 分散到催化剂中并固化在活性、 非活性区域,使反应气体在催化剂内的扩散受到限制。对于金属砷引起的中毒,普遍采用向炉 膛内添加1 %2 %的石灰石（典型的石灰石和燃料比是1 ： 50），石灰石中的CaO与砷反 应,将气态的砷固化为不会使催化剂中毒的固态 CaAsO4 。2.1.2 催化剂的磨蚀 磨蚀是由于飞灰碰撞催化剂表面引起的。磨蚀强度与气流速度、飞灰特性、撞击角度及催化剂本身特性有关。大多数的催化剂磨蚀发生在直接暴露在尘粒冲击的催化剂边缘,通常 采用在催化剂入口部分加以硬化以及提高边缘硬度等措施来降低磨蚀。2.2 烟气温度 烟气温度既决定了催化还原反应的速度,也决定了催化剂的活性。催化剂的活性与烟气温度的关系如图2所示。当烟气温度在340 C380 C之间时,V2O5活性最高及催化剂活 性最高，这也是大多数SCR反应器置于省煤器和空预器之间的原因。当烟气温度较低，不仅 催化剂活性降低,而且喷入的还原剂 NH3 与 SO2 反应生成硫酸铵,附着在催化剂表面;当烟 气温度较高,喷入的还原剂NH3与02反应生成NOX抵消了脱硝效果。当催化剂长时间暴 露于450 C以上的高温环境中可引起催化剂活性位置的烧结，导致催化剂颗粒增大,表面积 减小,而使催化剂活性减低。III“1IIIi20fl 220 240 26C ISCI 300 320 日60 3NG 400 4J0遍度吒图2催化剂活性和温度的关系口烟气温度主要随锅炉负荷变化而变化，因此应尽量保持炉膛负荷稳定。部分SCR装置设 计有省煤器旁路,当锅炉负荷变化时,造成 SCR 反应器入口烟气温度变化,这时可采取烟气 走省煤器旁路的办法调节 SCR 反应器入口烟气温度。在催化剂制作工艺上适量加入钨进行 退火处理,会令催化剂的热稳定性最大化,可以最大限度的减少催化剂的烧结。2.3 SO2/ SO3 转化率催化剂中的V2O5不仅是重要的活性成分,具有较高的脱硝效率，但同时也能促进SO2 向SO3转化,SO2/ SO3转化率与温度的关系如图3所示。当烟气温度降低到232 C以 下且有水蒸气存在时,SO3会与喷入的NH3反应生成硫酸铵,沉积在催化剂表面，造成催化 剂堵塞。当烟气通过空气预热器被冷却，温度降至110 C以下时,SO3与水反应全部生成 H2SO4 ,烟气中的 H2SO4 蒸汽浓度是影响烟气酸露点的决定因素之一,即使其含量很少,烟 气酸露点也会急剧上升。当温度降低到酸露点以下时,就会有硫酸液滴析出,造成空气预热器 的冷端受热面结露、腐蚀、堵灰。 SCR 装置中 SO2/ SO3 转化率一般限制在 1 %以下。0 0 十=一 2W) 220 240 2600 W 360- 3S0 4C0團3胡气曲度J血 转化率的买系S：目前,通常去除 SO3 的方法是将氢氧化钙或氢氧化镁配置成浆液,喷入炉膛上部的不同温度区域。 SO3 与钙、镁反应生成硫酸盐,与飞灰一起在除尘装置中被除去。炉内喷钙、 镁对SCR的S03的转化率无影响，它的优点是能有效的降低SCR人口烟气中S03的浓 度,降低烟气酸露点;避免催化剂砷中毒; 改善锅炉低负荷时 SCR 催化剂的操作性能,降低后 续设备的腐蚀。2.4 NH3 的逃逸在SCR系统中，催化剂是分层布置的，而NH3的泄漏是由于分布不均造成的。当SCR 反应器内多余的未参加反应的NH3与SO3的体积浓度比超过2 : 1时，在水蒸气的作用 下生成 NH4HSO4 。 NH4HSO4 是一种粘附性很强并具有较强腐蚀性的物质,具有极强的吸 附性,造成大量灰分沉降在空预器换热元件表面和卡在层间,引起堵塞,使空预器阻力上升。同 时 NH3 过剩导致了飞灰化学性质发生了改变,飞灰质量变差,再利用性降低,运行成本提高。 在SCR装置中,NH3的逃逸一般控制在3 ppm以下。为了使 SCR 脱硝效率达到最高,同时使氨逃逸量控制在最低水平,其技术关键是如何精 确控制与调节SCR反应器入口烟气速度分布和烟气中NH3/ NOx摩尔比的分布。由于 SCR 反应器烟道的复杂性,在保证催化剂入口截面气体速度均匀性方面通常采取在烟道转 向处加装导流板与扰流柱的方法；在保证NH3/ NOx摩尔比的分布均匀方面,需要采用覆盖 整个烟道截面的网格型多组喷嘴设计,把氨与空气的混合物均匀地喷射到烟气中,并采用多 组阀门以尽量单独控制各喷嘴的喷氨量，工程中常采用氨喷射格栅(AIG)。3 结论SCR 选择性催化还原脱硝方法在国际上已经发展成熟,并已成功运用到大型燃煤电站 中,而我国在烟气脱硝技术应用方面刚刚起步。随着新的火电厂大气污染物排放标准 (GB13223 - 2003)的应用以及我国对NOx排放的新政策的出台,SCR技术必将在我国 NOx 排放控制方面得到广泛应用。 SCR 烟气脱硝系统性能与锅炉设计、燃烧系统与燃用 煤种以及锅炉运行条件、特别是与催化剂性能密切相关, 为了保证系统运行的安全稳定,必 须选择合适的反应器均流结构,严格控制催化还原反应的温度,加强催化剂的维护,以获得较 好的社会和经济效益。参考文献1张强1燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用M1北京:化学工业出版 社,200712鲁佳易，卢啸风，刘汉周,陈继辉1 SCR法烟气脱硝催化剂及其应用特性的探讨J 1 电站系统工程,2008 ,24 (1) :5 - 81赵宗让1电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化 J1中国电力,2005 ,38(11) :69- 7414王智,贾莹光，祁宁1燃煤电站锅炉及SCR脱硝中SO3的生成及危害J1东 北电力技术,2005 ,9 :1 - 315董建勋，等1火电厂烟气脱硝装置对锅炉运行影响的分析J1热力发电,2005 , (3) :17 - 2316钟秦1燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例M1北京:化学工业出版社,20021