燃煤電廠SCR脫硝技術淺析

李廣釗

（開灤（集團）有限責任公司公司節能環保管理辦公室 河北唐山 063018）

選擇性催化還原SCR法煙氣脫硝技術具有較高的脫硝效率，運行穩定，裝置結構簡單且維護簡便，初期一次性投資相對較低，不會因副產物的產生而形成二次污染等諸多優點，因而在國內外得到了廣泛的應用。

1 選擇性催化還原（SCR）工藝

H2O通過微孔擴散到催化劑表面，繼而擴散到氣相主體，氣相中的氧通過催化劑內部傳遞而更新表面氧，從而完成催化循環。

3 SCR工藝催化劑的選擇

催化劑的選擇是否合適，是SCR法脫硝技術關鍵的環節。催化劑的催化活性是一個重要指標，以材質分類可分為貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑和分子篩催化劑等,不同材質的催化劑其催化活性是不同的，我國目前以采用金屬氧化物為催化劑居多。

以形狀分類可以分為平板式、波紋狀、和蜂窩式等。平板式催化劑一般是將含有活性成份的載體覆蓋在不銹鋼金屬網格的基材上壓制而成；蜂窩式催化劑不采用基材，而是把含有活性成分載體的混合物整體擠壓成型；波紋狀催化劑其外形如起伏的波紋，從而形成小孔。

SCR脫硝裝置可以布置在水平煙道或垂直煙道中，但對于燃煤鍋爐一般布置在垂直煙道中，因為煙氣中含有大量粉塵，布置在水平煙道中容易引起SCR脫硝裝置堵塞。催化劑、催化反應器、氨存儲和噴射系統是SCR法脫硝系統的主要組成部分，根據催化劑反應器布置在鍋爐末段煙道中的位置，基本可以分為三種工藝類型：高溫高塵、高溫低塵、低溫低塵。

1.1 高溫高塵工藝流程

該工藝把煙氣溫度控制在300-500攝氏度之間，是大多數催化劑最適宜的反應溫度，因此其應用也最為廣泛。但其工作環境中的煙氣含有大量的飛灰和二氧化硫，催化劑的催化效能可能會被煙氣所攜帶的飛灰中的金屬離子成分污染而降低，并且飛灰可能造成催化劑反應器磨損或蜂窩狀通道堵塞。

1.2 高溫低塵工藝流程

該工藝是用電除塵器對高溫煙氣除塵，然后再經過催化劑反應器，這樣可以有效去除飛灰對系統的不利影響，但煙氣中仍然存在SO2，會和煙氣中的反應生成（NH4）2SO4，堵塞催化反應器的通道和空氣預熱器。另外，在300-400攝氏度的溫度下靜電除塵器無法運行，是其最大問題，所以很少被采用。

1.3 低溫低塵工藝流程

該工藝的前提是鍋爐末端安裝了濕法煙氣脫硫裝置，這樣催化劑反應器位于脫硫裝置之后，在除塵、脫硫后的煙氣中，就不存在催化劑的飛灰污染問題和SO2與NH3反應生成（NH4）2SO4對反應器的堵塞、磨損等問題，這樣就可以使用活性高的催化劑，使反應器布置緊湊，減少反應器的體積。但濕式脫硫裝置降低了煙氣溫度，需額外加裝加熱裝置來加熱煙氣達到所需的反應溫度，能源消耗和運行費用較高。

2 選擇性催化還原法的反應原理

SCR法就是在固體催化劑存在下，利用各種還原性氣體如H2、CO、烴類、NH3與NOx反應使之轉化為N的方法。以NH3做還原劑時，金屬氧化物是最常用的SCR工業催化劑。

NH3和NOx在催化劑上的反應為：通過氣相擴散選擇性地吸附在催化劑表面上的酸性中心位并得到活化，同時氣相中的NOx分子與其反應，消耗催化劑表面活性氧而生成N2和H2O，N2和

4 影響SCR脫硝效率的主要因素

4.1 催化劑

一般來講，在催化劑選定的條件下，表面積越大和結構越簡單，越有利于催化劑的布置和反應器內反應物的反應。在反應器結構選定的條件下，使用活性高的催化劑，會使氨氣與NOx反應更劇烈,從而減少氨氣消耗量,減小n(NH3)/n(NOx)比值；同理,在n(NH3)/n(NOx)比值一定條件下,使用活化性高的催化劑可以提高小尺寸反應器的運行效率。總的來說,在反應器尺寸和n(NH3)/n(NOx)比值一定的條件下,催化劑活性越大,脫硝效率越高。

4.2 煙氣流型

催化劑的結構會在一定程度上影響煙氣流型,合理的煙氣流型有利于催化劑的充分利用,也使還原劑與NOx反應的更充分,從而提高系統的脫硝效率。

4.3 反應溫度

較高的反應溫度會提高還原劑與NOx的反應速率,也同時提高催化劑的活性。通常來講,反應溫度越高,SCR系統效率越高,但考慮設備整體效率，不采用設備極限溫度，而是根據脫硝裝置在鍋爐末端的位置和工況，采用最佳的反應溫度。

4.4 煙氣在反應器內的空間速度

空間速度是標況下濕煙氣在催化劑容積內滯留時間的尺度，在SCR系統設計上是一個關鍵參數，催化劑的結構決定了空間速度的大小，也決定了反應的徹底性,因而影響SCR系統的效率。

5 SCR工藝的優缺點

其優點是脫硝效率高(可達90%以上)、可以使用非貴金屬催化劑、反應溫度較低、壽命長等，其用NH3催化還原NOx的技術原理已被眾多項目采用并形成了工業化，是目前最好的燃煤電廠脫硝技術。但該項技術也存在一些缺點：還原劑NH3或氨水具有很強的腐蝕性，需要使用造價較高的抗腐蝕管路設備；NH3在反應過程中易形成（NH4）2SO4堵塞反應器，增加維護費用；NH3易泄漏，儲存和搬運過程容易出現問題，并且控制過程中容易出現誤差導致NH3加入過量，對環境造成二次污染。