SCR脫硝（選擇性非催化還原反應(yīng)）
 

　　SCR（Selective Catalytic Reduction）即為選擇性催化還原技術(shù)，目前氨催化還原法是應(yīng)用得最多的技術(shù)。它沒有副產(chǎn)物，不形成二次污染，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且脫除效率高（可達(dá)90%以上），運(yùn)行可靠，便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。  選擇性是指在催化劑的作用和在氧氣存在條件下，NH3優(yōu)先和NOx發(fā)生還原脫除反應(yīng)，生成氮?dú)夂退缓蜔煔庵械难踹M(jìn)行氧化反應(yīng)，

　　其主要反應(yīng)式為：

　?。?）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

　?。?）2NO2+4NH3 +O2→ 3N2+6H2O
 

　　在沒有催化劑的情況下，上述化學(xué)反應(yīng)只是在很窄的溫度范圍內(nèi)（980℃左右）進(jìn)行，采用催化劑時(shí)其反應(yīng)溫度可控制在300-400℃下進(jìn)行，相當(dāng)于鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間的煙氣溫度，上述反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由于NOx在煙氣中的濃度較低， 故反應(yīng)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(shù)是指在催化劑的作用下，還原劑與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)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(fā)生還原反應(yīng)，而不與煙氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。
 

　　SCR脫硝系統(tǒng)組成
 

　　SCR 脫硝系統(tǒng)主要包括SCR反應(yīng)器、催化劑、反應(yīng)器殼體和鋼結(jié)構(gòu)、煙道系統(tǒng)、還原劑儲(chǔ)存制備供應(yīng)系統(tǒng)、還原劑噴射系統(tǒng) 、和吹灰系統(tǒng)。
 

　　1、SCR反應(yīng)器

　　反應(yīng)器的截面尺寸根據(jù)鍋爐的大小設(shè)計(jì)，每臺(tái)脫硝反應(yīng)器設(shè)計(jì)成2＋1層催化劑布置方式，其中上層為預(yù)留層。煙氣經(jīng)過與氨氣均勻混合后垂直向下流經(jīng)反應(yīng)器，反應(yīng)器入口設(shè)置氣流均布裝置，反應(yīng)器主要由里面布置的催化劑、催化劑支撐梁、反應(yīng)器殼體、密封板等組成。  在反應(yīng)器內(nèi)，還原劑（液氨）在催化劑的作用下與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)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(yīng)，且價(jià)格昂貴，實(shí)際上不予采用，普通催化劑催化效率不是很高，價(jià)格也比較貴，要求反應(yīng)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(shí)候還有鎢）組成，現(xiàn)在使用的催化劑性狀主要有兩種：蜂窩形和板形。采用預(yù)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(zhì)上。采用板形時(shí)在支撐材料外涂刷催化劑。煙氣含塵時(shí)，吸收塔一般是垂直布置，煙氣由上而下流動(dòng)。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(shí)提供一個(gè)備用的催化床層。當(dāng)催化劑活性降低時(shí)，在備用層中安裝催化劑。持續(xù)失活后，在旋轉(zhuǎn)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(nèi)布置吹灰器，定期吹灰，吹去沉積在催化床上的灰塵。  SCR系統(tǒng)的性能主要由催化劑的質(zhì)量和反應(yīng)條件所決定。在SCR反應(yīng)器中催化劑體積越大，NOx的脫除率越高同時(shí)氨的逸出量也越少，然而 SCR工藝的費(fèi)用也會(huì)顯著增加。
 

　　3、反應(yīng)器殼體和鋼結(jié)構(gòu)

　　反應(yīng)器殼體是包含催化劑的外部結(jié)構(gòu)，主要由框架鋼結(jié)構(gòu)、鋼板焊接而形成密閉的空間。為了防止煙氣的散熱，在反應(yīng)器內(nèi)外護(hù)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(jié)構(gòu)梁，將催化劑模塊成排布置在支撐梁上。  在反應(yīng)器的入口設(shè)置氣流均布裝置，反應(yīng)器內(nèi)部易于磨損的部位設(shè)有防磨措施。內(nèi)部各種加強(qiáng)板及支架均設(shè)計(jì)成不易積灰的型式，同時(shí)將考慮熱膨脹的補(bǔ)償措施。在反應(yīng)器殼體上設(shè)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(tǒng)

　　煙道分為反應(yīng)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(jié)至反應(yīng)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(dǎo)流板和灰斗等。  出口煙道從反應(yīng)器出口至鍋爐尾部空預(yù)器入口為止。在出口煙道上布置有煙氣導(dǎo)流板等。
 

　　5、還原劑儲(chǔ)存制備供應(yīng)系統(tǒng)

　　還原劑用罐裝卡車運(yùn)輸，以液體形態(tài)儲(chǔ)存于還原劑儲(chǔ)罐中；還原劑在注入SCR 系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)由蒸發(fā)器蒸發(fā)氣化，并經(jīng)過緩沖罐穩(wěn)壓后供應(yīng)反應(yīng)器脫硝使用，這部分工作都是在還原劑儲(chǔ)存制備供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)完成的。  還原劑儲(chǔ)存制備供應(yīng)系統(tǒng)主要由卸料壓縮機(jī)、還原劑儲(chǔ)罐、還原劑蒸發(fā)槽、還原劑緩沖槽及還原劑輸送管道等，并備有氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)。
 

　　6、還原劑噴射系統(tǒng)

　　還原劑噴射系統(tǒng)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(yīng)器上游的煙氣中這一工藝過程。
 

　　6.1稀釋風(fēng)機(jī)

　　還原劑在空氣中的體積濃度達(dá)到16～25%時(shí)，會(huì)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(nèi)還原劑的濃度遠(yuǎn)低于其爆炸下限外，還保證氨在混合器內(nèi)均勻分布，噴入反應(yīng)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(fēng)機(jī)滿足脫除煙氣中NOx值的要求，并留有一定的余量。稀釋風(fēng)機(jī)按2臺(tái)100％容量設(shè)置（1運(yùn)1備）。風(fēng)量裕度不低于10%，風(fēng)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(tái)鍋爐采用2臺(tái)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(nèi)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(qū)域分配管道上設(shè)有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)個(gè)個(gè)區(qū)域還原劑的分配。
 

　　7、吹灰系統(tǒng)
 

　　SCR反應(yīng)器采用聲波吹灰器，每臺(tái)反應(yīng)器安裝一套聲波吹灰系統(tǒng)。每一層催化劑設(shè)置3臺(tái)吹灰器，一臺(tái)鍋爐共裝有12臺(tái)聲波吹灰器。吹灰控制納入機(jī)組DCS系統(tǒng)。
 

　　在SCR技術(shù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，影響脫硝效果的主要因素包括：
 

　　1、溫度對(duì)催化劑反應(yīng)性能的影響

　　目前，運(yùn)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(yīng)溫度也差別各異。如果反應(yīng)溫度太低,催化劑的活性降低,脫硝效率下降，則達(dá)不到脫硝的效果。并且，如果催化劑在低溫下持續(xù)運(yùn)行,將導(dǎo)致催化劑的性損壞；如果反應(yīng)溫度太高,NH3容易被氧化,生成NOx的量增加,甚至?xí)鸫呋瘎┎牧系南嘧?導(dǎo)致催化劑的活性退化。
 

　　采用何種催化劑與SCR反應(yīng)器的布置方式是密切相關(guān)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(guó)內(nèi)外SCR系統(tǒng)大多采用高溫催化劑,反應(yīng)溫度在315℃～400℃。
 

　　2、空速（SV）對(duì)催化劑性能的影響

　　煙氣在SCR反應(yīng)塔中的空塔速度是SCR 的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù), 它是煙氣體積流量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的濕煙氣))與SCR反應(yīng)塔中催化劑體積比值, 反映了煙氣在SCR 反應(yīng)塔內(nèi)的停留時(shí)間的大小。煙氣的空塔速度越大,其停留時(shí)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?？账俣韧ǔＪ歉鶕?jù)SCR反應(yīng)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(duì)NO轉(zhuǎn)換的影響

　　理論上，lmoI的NO需要1moI的NH3去脫除。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡知識(shí)，NH3量不足會(huì)導(dǎo)致NOx的脫除效率降低，但在工程實(shí)踐中，NH3過量又會(huì)帶來NH3對(duì)環(huán)境的二次污染，一般在設(shè)計(jì)過程中，NH3/NO的值控制在0.8～1.2的范圍內(nèi)比較合適，并且結(jié)合機(jī)組負(fù)荷的變化而變化。
 

　　4、催化劑的選擇對(duì)SCR工藝的影響

　　SCR系統(tǒng)中的重要組成部分是催化劑，催化劑的選擇不僅僅是針對(duì)反應(yīng)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(dāng)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(wǎng)格為基材負(fù)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(dāng)前各種催化劑活性成分大部分為WO3和V2O5。
 

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