內(nèi)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(jiǎn)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(yīng)，并生成無毒無污染的氮?dú)夂退?/p>

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(tǒng)還原劑類型比較

綜上所述，從建設(shè)成本、運(yùn)行費(fèi)用和運(yùn)行安全等方面綜合考慮，氨水相對(duì)更具優(yōu)越性，且目前SNCR+SCR裝置已普遍使用氨水作還原劑，運(yùn)行效果較好；同時(shí)，氨水來源較多，市場(chǎng)上貨源供應(yīng)豐富，運(yùn)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(yīng)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(chǔ)上盡可能減少對(duì)SO₂的催化氧化。內(nèi)蒙古催化劑生產(chǎn)廠家現(xiàn)有的催化劑結(jié)構(gòu)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(yīng)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(fā)生積灰的可能性大，且我國(guó)使用波紋板催化劑實(shí)際運(yùn)行的脫硝工程項(xiàng)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(yōu)點(diǎn)，因而不易積灰堵塞，運(yùn)行安全性較高。一般而言，當(dāng)煙氣中煙塵濃度在50g /Nm³以上時(shí)，宜選平板式。但是，當(dāng)煙塵濃度小于50g/Nm³時(shí)，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(yīng)器尺寸，減少占地空間，但兩者催化劑總費(fèi)用差不多；另外，蜂窩式催化劑的結(jié)構(gòu)具備更強(qiáng)的抵抗各種毒物侵害的能力，使用壽命長(zhǎng)，更具經(jīng)濟(jì)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(xué)反應(yīng)方程式如下：

① 主反應(yīng)：

4NO＋4NH₃＋O₂ → 4N₂＋6H₂O

2NO₂＋4NH₃＋O₂ → 3N₂＋6H₂O

SCR法煙氣脫硝反應(yīng)原理圖如圖4-1所示：

圖4-1 SCR催化反應(yīng)原理

② 可能的副反應(yīng)（同時(shí)在催化劑的作用下）：

SO₂＋1/2O₂ → SO₃

4NH₃＋5O₂ → 4NO＋6H₂O

與其他技術(shù)相比，SCR法脫硝效率高，技術(shù)成熟，目前工程上應(yīng)用非常廣泛。

5、脫硝效率的影響因素 

（1）反應(yīng)溫度

反應(yīng)溫度在一定程度上決定著還原劑(氨)與煙氣中NOx的反應(yīng)速率，同時(shí)也影響催化劑的活性。一般來說，反應(yīng)溫度太低，催化劑的活性降低，脫硝效率下降，則達(dá)不到設(shè)計(jì)的脫硝效果，且催化劑在低溫下持續(xù)運(yùn)行，還將導(dǎo)致催化劑的長(zhǎng)久性損壞；如果反應(yīng)溫度太高，NH3容易被氧化，會(huì)增加NOx的生成量，甚至引起部份催化劑材料高溫熔結(jié)，導(dǎo)致催化劑的活性退化。

（2）煙氣在反應(yīng)器內(nèi)的空間速度

空間速度是SCR的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。它是標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的濕煙氣在催化劑體積內(nèi)滯留時(shí)間的尺度，是保障脫硝反應(yīng)完全程度、關(guān)系SCR系統(tǒng)脫硝效率的一個(gè)重要指標(biāo)。空間速度的設(shè)計(jì)取決于催化劑的體積與結(jié)構(gòu)、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(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，實(shí)際SCR運(yùn)行過程中，依據(jù)鍋爐負(fù)荷變化及氨逃逸情況，實(shí)際NH3/NOx比值一般在0.6～1.0的范圍內(nèi)尋優(yōu)控制。

6、系統(tǒng)組成及功能說明

煙氣脫硝工藝系統(tǒng)主要由以下兩部分系統(tǒng)組成：氨區(qū)、硝區(qū)。

6.1氨區(qū)

氨區(qū)即還原劑的儲(chǔ)存、制備與供應(yīng)系統(tǒng)。

本脫硝工程SCR工藝不再另外設(shè)計(jì)氨區(qū)，SCR工藝的氨來源是SNCR的噴射氨。

6.2硝區(qū)

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(yīng)器為硝區(qū)的核心設(shè)備，是還原劑和煙氣中的NOx發(fā)生催化還原反應(yīng)的場(chǎng)所，通常由碳鋼制塔體、煙氣進(jìn)出口、催化劑放置層、人孔門、導(dǎo)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(yīng)器之中。本工程SCR反應(yīng)器有2個(gè)催化劑層和1個(gè)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(shí)，需要在附加層加裝新催化劑。

SCR反應(yīng)器如圖2-2所示：

圖 2-2  SCR反應(yīng)器

（1）SCR反應(yīng)器殼體的設(shè)計(jì)

在SCR反應(yīng)器殼體的設(shè)計(jì)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(yīng)器殼體通常采用標(biāo)準(zhǔn)的板箱式結(jié)構(gòu)，輔以各種加強(qiáng)筋和支撐構(gòu)件來滿足防震、承載催化劑、密封、承受荷載和抵抗應(yīng)力的要求，并且實(shí)現(xiàn)與外界的隔熱。

（2）催化劑的設(shè)計(jì)

① 催化劑的互換性

各個(gè)供應(yīng)商的規(guī)格尺寸是不同的，但是因?yàn)樗泄?yīng)商的蜂窩式元件都是150×150mm，所以能調(diào)整這種尺寸差異。催化劑模塊是在現(xiàn)場(chǎng)安裝的一個(gè)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(xué)壽命不低于24000小時(shí)。

② 廢催化劑的處理方法 

通過有授權(quán)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(chǎn)鋼鐵。

③ 吹灰器的設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)使用聲波吹灰器來清除SCR反應(yīng)器催化劑表面的積灰，然后這些灰就隨著煙氣流出反應(yīng)器。

吹灰系統(tǒng)按設(shè)定程序?qū)Ψ磻?yīng)器進(jìn)行循環(huán)不斷地吹灰。

7、控制系統(tǒng)

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(hào)，調(diào)節(jié)氨氣流量，NH3/NOx摩爾比的決定是在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試操作期間來決定并記錄在控制系統(tǒng)的程序上。SCR控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算出的氨氣流需求信號(hào)去定位控制閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硝的自動(dòng)控制。通過在不同負(fù)荷下的對(duì)流量進(jìn)行調(diào)整，找到較佳的噴射量。

7.2 氨供應(yīng)控制系統(tǒng)

從煙氣側(cè)所獲得的NOx訊號(hào)反饋，根據(jù)程序計(jì)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(yīng)同時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)操作。