SCR脫硝
內蒙古SCR脫硝工藝流程
1、選擇性催化還原法（SCR）概述
SCR是選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction）的簡稱，指在一定的溫度和催化劑作用下，以液氨、氨水或尿素作為還原劑，有選擇性地與煙氣中的氮氧化物（NOx）反應，并生成無毒無污染的氮氣和水。
2、還原劑的選擇
脫硝還原劑有三種：液氨、氨水及尿素。
SNCR+SCR脫硝系統還原劑類型比較
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還原劑類型 |
優點 |
缺點 |
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液氨 |
1、反應劑成本低； 2、投資較小； 3、儲存體積小。 |
氨站設計、運行、管理應考慮安全問題 |
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氨水 |
1、較液氨安全 2、反應劑成本較低； 3、投資小； 4、儲存體積小。 |
基本無缺點； |
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尿素 |
1、較液氨安全 |
1、反應劑成本高； 2、更高的儲存設備成本； 3、投資較大。 |
綜上所述，從建設成本、運行費用和運行安全等方面綜合考慮，氨水相對更具優越性，且目前SNCR+SCR裝置已普遍使用氨水作還原劑，運行效果較好；同時，氨水來源較多，市場上貨源供應豐富，運輸方便。因此本工程確定采用氨水作為還原劑。
3、催化劑的選擇
催化反應器中裝填的催化劑是SCR工藝的核心，催化活性以V2O5較高，并加入WO3或MoO3作為助催化劑，在保持催化還原NOx活性的基礎上盡可能減少對SO2的催化氧化。內蒙古催化劑生產廠家現有的催化劑結構形式主要有板式、蜂窩式和介于兩者之間的波紋板式。
由于SCR反應器布置在除塵器之前，存在大量的煙塵，而波紋板式催化劑孔道存在死角，發生積灰的可能性大，且我國使用波紋板催化劑實際運行的脫硝工程項目不多。平板式催化劑具有煙氣通道截面較蜂窩式大、煙氣和灰塵的通過性好等優點，因而不易積灰堵塞，運行安全性較高。一般而言，當煙氣中煙塵濃度在50g /Nm3以上時，宜選平板式。但是，當煙塵濃度小于50g/Nm3時，由于蜂窩式催化劑幾何比表面積比板式大，同樣的工程條件下，蜂窩式催化劑用量可比板式少約20～30%，即可減小反應器尺寸，減少占地空間，但兩者催化劑總費用差不多；另外，蜂窩式催化劑的結構具備更強的抵抗各種毒物侵害的能力，使用壽命長，更具經濟性。因本工程煙氣的煙塵含量較低，故選蜂窩式催化劑。
4、SCR工藝原理
在催化劑作用下，向溫度為350～450℃的煙氣中噴入氨，將NOx還原成N2和H2O；化學反應方程式如下：
① 主反應：
4NO＋4NH3＋O2 → 4N2＋6H2O
2NO2＋4NH3＋O2 → 3N2＋6H2O
SCR法煙氣脫硝反應原理圖如圖4-1所示：
圖4-1 SCR催化反應原理
② 可能的副反應（同時在催化劑的作用下）：
SO2＋1/2O2 → SO3
4NH3＋5O2 → 4NO＋6H2O
與其他技術相比，SCR法脫硝效率高，技術成熟，目前工程上應用非常廣泛。
5、脫硝效率的影響因素
（1）反應溫度
反應溫度在一定程度上決定著還原劑(氨)與煙氣中NOx的反應速率，同時也影響催化劑的活性。一般來說，反應溫度太低，催化劑的活性降低，脫硝效率下降，則達不到設計的脫硝效果，且催化劑在低溫下持續運行，還將導致催化劑的長久性損壞；如果反應溫度太高，NH3容易被氧化，會增加NOx的生成量，甚至引起部份催化劑材料高溫熔結，導致催化劑的活性退化。
（2）煙氣在反應器內的空間速度
空間速度是SCR的一個關鍵設計參數。它是標準溫度和壓力下的濕煙氣在催化劑體積內滯留時間的尺度，是保障脫硝反應完全程度、關系SCR系統脫硝效率的一個重要指標。空間速度的設計取決于催化劑的體積與結構、煙氣流速等因素。
（3）NH3/NOx摩爾比
理論上，脫除lmol的NOx需要1mol的NH3。根據化學反應平衡知識，NH3量不足會導致NOx的脫除效率降低，但在工程實踐中，NH3過量又會帶來NH3對環境的二次污染，實際SCR運行過程中，依據鍋爐負荷變化及氨逃逸情況，實際NH3/NOx比值一般在0.6～1.0的范圍內尋優控制。
6、系統組成及功能說明
煙氣脫硝工藝系統主要由以下兩部分系統組成：氨區、硝區。
6.1氨區
氨區即還原劑的儲存、制備與供應系統。
本脫硝工程SCR工藝不再另外設計氨區，SCR工藝的氨來源是SNCR的噴射氨。
6.2硝區
鍋爐煙氣與氨氣高度混合后在催化劑的作用下，完成脫硝過程。SCR反應器為硝區的核心設備，是還原劑和煙氣中的NOx發生催化還原反應的場所，通常由碳鋼制塔體、煙氣進出口、催化劑放置層、人孔門、導流葉片等組成。催化劑以單元模塊形式疊放在若干層托架上，布置在反應器之中。本工程SCR反應器有2個催化劑層和1個附加催化劑備用層，即采用2+1層布置；在脫硝效率下降到要求值之前或者要求提高脫硝效率時，需要在附加層加裝新催化劑。
SCR反應器如圖2-2所示：
圖 2-2 SCR反應器
（1）SCR反應器殼體的設計
在SCR反應器殼體的設計中，要考慮良好的NH3/NOx混合和速度的均布，以保證脫硝效率。反應器殼體通常采用標準的板箱式結構，輔以各種加強筋和支撐構件來滿足防震、承載催化劑、密封、承受荷載和抵抗應力的要求，并且實現與外界的隔熱。
（2）催化劑的設計
① 催化劑的互換性
各個供應商的規格尺寸是不同的，但是因為所有供應商的蜂窩式元件都是150×150mm，所以能調整這種尺寸差異。催化劑模塊是在現場安裝的一個基本單元，其組件如圖4-3所示。
圖4-3 催化劑模塊
從剛開始注氨開始到更換或加裝新的催化劑之前，保證脫硝裝置出口煙氣中的NOx含量≤400mg/Nm3，氨的逃逸率不高于3ppm，催化劑的化學壽命不低于24000小時。
② 廢催化劑的處理方法
通過有授權的廢物處理公司，將廢催化劑壓碎并封裝在混凝土里，然后放置在廢品處理裝置里。因廢催化劑含有鋼和一些其它元素(鈦、鉬、釩等)，也可作為廢鐵回收來生產鋼鐵。
③ 吹灰器的設計
催化劑表面的積灰不僅降低了催化劑脫除煙氣中NOx的效率，而且還增大了煙氣通過催化劑的壓降。設計使用聲波吹灰器來清除SCR反應器催化劑表面的積灰，然后這些灰就隨著煙氣流出反應器。
吹灰系統按設定程序對反應器進行循環不斷地吹灰。
7、控制系統
7.1 SCR煙氣脫硝控制
利用NH3/NOx摩爾比來提供所需要的氨氣流量，出口NOx濃度、煙氣流量及氨逃逸量作為反饋信號，調節氨氣流量，NH3/NOx摩爾比的決定是在現場測試操作期間來決定并記錄在控制系統的程序上。SCR控制系統根據計算出的氨氣流需求信號去定位控制閥，實現對脫硝的自動控制。通過在不同負荷下的對流量進行調整，找到較佳的噴射量。
7.2 氨供應控制系統
從煙氣側所獲得的NOx訊號反饋，根據程序計算氨流量。從氨噴槍的噴入量控制氨流量，從而保持出口NOx的濃度值。以上操作應同時可自動或手動現場操作。
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