影響選擇性催化還原（SCR）法脫硝效率的因素

摘 要：隨著我國對電能需求的不斷增加，電力生產的任務越來越重。火力發電站生產過程中，燃煤鍋爐生成大量的氮氧化物。為了有效降低這些氣體直接排放對空氣造成污染，煙氣脫硝被國家強制要求執行。選擇性催化還原法煙氣脫硝被大量采用，用來有效對其排放的煙氣進行脫硝處理。然而影響脫硝效率的因素較多，有必要對這些因素進行認真的探討。

關鍵詞：選擇性催化還原法；脫硝；效率

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0223-01

1 前 言

在電廠燃煤鍋爐生產的過程中，需要排放大量的氮氧化物，如果直接進行排放，將會對空氣造成非常大的污染，容易造成化學煙霧、酸雨等生態災害。為了有效降低這些氮氧化物，可以采用空氣燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒和煙氣再處理技術等手段。煙氣脫硝技術是一種常用的氮氧化物處理技術，其主要分為催化還原和非催化還原。非選擇性催化還原的脫硝效率較低、反應溫度范圍窄、對設備的腐蝕強度高、控制難度高等特點，通常用于小型電廠鍋爐的改造中。選擇性催化還原的脫銷效率更高、技術也更加成熟，因此其應用范圍更加廣泛[1]。

2 選擇性催化還原法脫銷的基本原理

如果向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或者其它還原劑，在催化劑的作用下，這些氮氧化物就會優先被還原為水和氮氣。我們經常選擇的還原劑為液氨、氨水、尿素，他們都是各種形式的氨，在實際應用的過程中，都需要在催化劑的作用下與煙氣進行混合接觸，使其中的NOX發生還原反應。

3 影響脫硝效率的主要因素

煙氣回收系統往往比較復雜，對回收效率產生影響的因素往往較多，其主要包括煙氣流量、煙氣溫度、入口氮氧化物濃度、飛灰特性、催化劑的結構類型、氨氮的摩爾比、與煙灰的接觸時間等等。

煙氣流量的影響。通過大量的實驗表明，在保持其它實驗條件不變的情況下，隨著煙氣量的不斷增加，氮氧化物的脫除率是逐漸降低的。這表明，在一定的條件下，催化還原的脫硝效率往往是有限的，如果煙氣的流量過快，很多氮氧化物會來不及反應，就會被排放到空氣當中[2]。

煙氣溫度的影響。煙氣溫度對脫硝效率的影響比較明顯，在一定的溫度范圍內，脫硝效率隨著溫度升高會增加，這主要是由于溫度越高催化劑的活性提高造成的。但是如果溫度超過了400℃，則隨著溫度的升高，脫硝效率反而會降低，這主要由兩方面的原因造成的。溫度如果過高，催化劑就會發生燒結的現象，這會大大影響催化劑的活性。一旦溫度超過400℃，催化劑就會產生嚴重的燒結現象，導致晶粒成倍增加，催化劑中微孔的數量會顯著降低，嚴重影響其催化活性。此外，當溫度超過399℃時，氨會轉化為氮氧化物，反應向逆方向進行[3]。

煙氣中氮氧化物濃度的影響。通過相關的實驗表明，在保持其它條件不變的情況下，脫硝率隨著氮氧化物濃度的增加會出現下降的趨勢。當其濃度小于一定值時，可以滿足系統設計的要求，但一旦超過該值，脫硝效率會呈現出明顯的下降趨勢，這要求我們在系統設計的過程中，應該保持一定的系統余量，避免出現大量氮氧化物排放超標的情況。

在煙氣當中往往含有加多的飛灰，在煙氣自上而下流過催化劑的過程中，煙氣中較大的顆粒就會對催化劑造成較大的磨損。其磨損程度主要受燃煤灰分大小、灰粒物理特性、催化劑孔道和催化劑積灰情況的影響。此外，催化劑的磨損還受到飛灰流動速度的影響，如果其速度越快，對催化劑的磨損也就越快。此外煙氣中的氧化硅、堿金屬、氧化砷會造成催化劑的中毒。飛灰中的氧化鈣成分會和三氧化硫進行反應形成硫酸鈣，它們會覆蓋在催化劑表面，從而對催化劑的活性造成較大的影響。如果飛灰中含有堿金屬，其會直接和催化劑中的活性成分進行反應，對催化劑的活性造成非常大的影響。此外，由于堿金屬在水環境下的活性更強，其會直接通過水環境溶解到催化劑材料上，因此應該避免水蒸氣在催化劑表面的凝結。煙氣中的三氧化二砷會和催化劑中的活性成分進行反應，會直接導致催化劑活性的大大降低。為了有效避免該問題的出現，應該向爐膛內添加一部分的石灰石，他們會有效消除煙氣中的三氧化二砷。

催化劑的類型。目前市場上的催化劑主要分為三種：蜂窩式、板式、波紋式。其中蜂窩式催化劑最為常見，其主要成分為TIO2、V2O5、WO3等。平板式催化劑主要以金屬板為骨骼材料，以Ti-Mo-V為主要的活性成分，其采用雙側擠壓的方式讓催化劑和板材進行結合，屬于非均質的催化劑。現在出現了一種紋波式催化劑，其集中了蜂窩式催化劑和板式催化劑的優點，采用玻璃纖維作為基板，其材質更輕。這幾種催化劑都有各自的特點，紋波式催化劑由于其獨特的結構，其在綜合性能上要明顯好于其它兩者，但是其造價普遍較高。

脫硝率和停留時間之間的關系。根據相關實驗表面，隨著停留時間的延長，氨氮的摩爾比在0.6～1之間時，脫硝效率隨著氨氮摩爾比的增加而增加，當氨氮摩爾比接近于1時，脫硝效率就會處于一個比較穩定的值[4]。

氨和氮氧化物的混合程度對催化反應的順利進行有著非常直接的影響。如果氨氣不能在煙氣處理系統中，和煙氣進行充分的混合接觸，就很難得到良好的氮氧化物處理效果。為了有效提高氨和氮氧化物的接觸效果，我們可以采用如下的方法：①有效提高注氨格柵噴射點的密度。②在煙道內增設靜態混合器。③對煙道的形狀進行有效的改進，可以在煙氣轉向處安裝導流板。④有效對開口位置進行優化，可以采用計算機數值模擬比較的方法，選擇位置參數最優值。⑤可以對噴槍的形式進行改良，根據不同的氮氧化物濃度，對噴嘴的噴氨量進行調整。

當前生產控制自動化系統發展非常迅猛，我們可以將該系統應用到氮氧化物處理系統中，及時對氮氧化物的排放量進行檢測，及時對各種工藝參數進行調整，對喪失活性的催化劑及時進行更換。

4 結 語

利用選擇性催化還原法進行脫硝，可以有效對電廠鍋爐煙氣排放中的氮氧化物進行處理。為了進一步提高脫硝的效率，一定要對影響脫硝效率的因素進行針對研究，不斷對工藝流程進行優化，積極對自動脫硝自動化技術進行利用，加強對催化劑的相關研究。

參考文獻

[1]肖 琨，欒 濤，程 林.層柱粘土催化劑在SCR煙氣脫硝中的應用[J].能源環境保護，2007（02）：11～12.

[2]楊 競.電站鍋爐SCR煙氣脫硝系統優化數值模擬[J].資源節約與環保，2016（12）：33～34.

[3]王世國，黃曉東.火電廠SCR脫硝催化劑的研究進展[J].化工文摘，2009（05）：55～57.

[4]徐淑紅，楊劍斌.燃煤機組SCR脫硝催化劑的研究進展[J].中國環保產業，2014（07）：25～26.

收稿日期：2018-11-5