SNCR與SCR脫硝技術比較

孫少波

摘要：超低排放中有一個重要的指標就是氮氧化物，目前在電力行業應用較為廣泛的主要有三種方案分別是SCR、SNCR和SCRSNCR聯用。這三種方案都能達到較高的脫除效率，且各有優勢和劣勢，本文將先分別介紹這三種方案的主要特點以及存在的一些問題。其中將著重介紹應用較廣的SCR技術存在的催化劑中毒問題。

關鍵詞：超低排放;脫硝;催化劑

1概述

國家2011年頒布《火電廠大氣污染物排放標準》，隨后又提出超低排放的技術。這種技術指的是，采用多種污染物高效協同脫除，使得火電廠燃煤鍋爐大氣污染物排放濃度完全符合燃氣機組排放限值，即：煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度不超過10mgNm3、35mgNm3、50mgNm3。超低排放中有一個重要的指標就是氮氧化物，目前在電力行業應用較為廣泛的主要有三種方案分別是SCR、SNCR和SCRSNCR聯用。這三種方案都能達到較高的脫除效率，且各有優勢和劣勢，本文將先分別介紹這三種方案的主要特點以及存在的一些問題。

2SNCR

2.1SNCR脫硝原理

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

2.2SNCR的工作流程

SNCR系統煙氣脫硝過程是由下面四個基本過程完成：

（1）接收和存儲還原劑;（2）還原劑的計量輸出、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行脫硝反應。

2.3SNCR優勢與劣勢

SNCR脫硝效率對大型燃煤機組可達25%～40%，對小型機組可達80%。由于該法受鍋爐結構尺寸影響很大，多用作低氮燃燒技術的補充處理手段。其工程造價低、布置簡易、占地面積小，適合老廠改造，新廠可以根據鍋爐設計配合使用。但在超低排放的要求下，使用SNCR不能使污染物排放達標，且逸氨問題嚴重，因此SCR技術應運而生。

3SCR

3.1SCR脫硝原理

SCR全稱為選擇性催化還原技術，是目前應用廣泛、可靠性高的脫硝技術。SCR與SNCR的反應原理基本相同，但SCR相較于SNCR增加了催化劑，可以大大提高反應速率和效率，因此催化劑的研制是SCR技術的核心，也一直是國內外的研究熱點，金屬氧化物催化劑、分子篩形催化劑和碳基催化劑是現階段研究的三個方向。[1]其中V2O5-WO3TiO2型金屬氧化催化劑在現役燃煤電廠中廣泛地商業化使用，并且運行情況穩定。[2]現在SCR的反應機理的研究，尤其是V系催化劑，已經較為成熟，并且有兩種廣泛接受的觀點：一種認為反應遵循Eley-Rideal機理，即吸附態的NH3與氣相NO反應;另一種認為遵循Langumir-Hinshelwood機理，即NH3和NO吸附在相鄰活性點位上，并發生反應。毛劍宏[3]總結的前人對VWTi研究，認為不同學者提出了不同的反應機理，這些機理的反應物種、中間產物及活性位不同，但以下觀點是共通的：

E-R模型即NH3吸附更被學者廣泛接受;吸附發生在酸性活性中心;活性中心的催化劑發生氧化還原反應;活性中心是V，不同的模型區別于V活性位數目。

3.2SCR存在的問題

因為SCR的高效的脫硝能力，幾乎90%的機組都是利用此技術達到超低排放脫硝要求標準。但SCR并不是完美無缺的，其主要問題體集中在以下四點上：

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

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溫度不同。如果反應溫度偏低，催化劑的活性會降低，導致脫硝效率下降，且如果催化劑持續在低溫下運行會使催化劑發生永久性損壞;如果反應溫度過高，NH3容易被氧化，NOx生成量增加，還會引起催化劑材料的相變，使催化劑的活性退化。

本文認為引起中低溫運行SO2、H2O中毒的，不是可逆的競爭吸附占據吸附NH3的活性點位，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位。利用XRD測量NH3-SCR催化劑表面，發現存在大量歸屬于硫酸氫氨（ABS）、硫酸銨的吸收峰，[4]證實了上述結果。同時，在300℃左右，ABS的熱穩定性更好，[5]因此通常認為中低溫區催化劑失活和ABS的生成有很大關系。

4SCRSNCR聯用技術

與單一的SCR技術和SNCR技術相比，SNCRSCR連用煙氣脫硝技術具有：（1）脫硝效率可以接近SCR技術;（2）催化劑用量少;（3）脫硝系統阻力小;（4）減少SO2向SO3的轉化，降低腐蝕危害。SCRSNCR聯用技術是把SNCR工藝低費用特點和SCR工藝地高脫硝效率及低地氨逸出效率有效結合。[6]

5總結

目前在火電行業內，脫硝技術較為成熟和完善，能滿足目前的污染物排放標準，但是還存著很多問題，如成本問題、催化劑國產化、催化劑中毒問題等，這些也將成為相關領域未來的研究方向。

參考文獻：

[1]劉曉霞，屈睿.國外SCR催化劑研究進展[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試驗研究[J].潔凈煤技術，2017，23（05）：88-91.

[3]毛劍宏.大型電站鍋爐SCR煙氣脫硝系統關鍵技術研究[D].浙江大學，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].化工學報，2015，66（11）：4460-4468.

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

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

[7]王繼華.SCR＼＼SNCR和SNCRSCR煙氣脫硝技術應用及比較.電力科技與環保，2018.10.