低温脱硝影响因素分析 高峰

低温脱硝影响因素分析高峰
摘要】：锅炉烟气的脱硝工艺由于技术成熟性、投资成本、脱硝效率及运行操
作等方面的原因，使得越来越多的垃圾焚烧发电项目选择采用低温脱硝技术。

文
章通过分析低温SCR催化反应原理和系统结构特点，结合低温SCR在垃圾焚烧发
电厂烟气净化处理中的脱硝效果，分析和总结低温脱硝过程中影响NOX脱除效率的主要因素。

【摘要】： SCR；催化剂；氨逃逸
1低温脱硝的发展
随着环保态势的日益严苛，国家环保部门和地方政府对于NOX排放的要求也
越来越高，部分垃圾焚烧项目的NOX的排放限值已要求到50mg/Nm3。

而传统SNCR（选择性非催化还原脱硝）或PNCR（高分子脱硝）已经无法满足垃圾焚烧
发电行业日益发展的环保指标排放需求，需要寻求更加有效的脱硝途径。

SCR
（选择性催化还原脱硝）是目前较为成熟的炉后烟气脱硝技术，最早由日本于上
世纪 60~70 年代后期完成商业运行, 是利用还原剂在金属催化剂的作用下, 选择性
地与 NOX 反应生成 N2 和H2O。

自2009年始，国内各大燃煤机组开始陆续脱硝改造，采用蜂窝状的中高温催化剂，但垃圾焚烧炉的省煤器出口温度一般为200℃左右，和燃煤机组有着本质
的区别，所以适用于燃煤机组的中高温催化剂无法适用在垃圾焚烧炉上。

而基于
环保压力，垃圾焚烧锅炉大多在布袋除尘器之后选择安装低温SCR脱硝装置。

2 SCR系统原理
2.1 反应机理
SCR的化学反应机理相对较为复杂，主要是在O2和非均相催化剂存在的条件下，利用还原剂将烟气中的NOX还原为无害的N2和水。

烟气中O2的存在可以
促进反应，是反应系统中不可缺少的部分，而温度是SCR低温催化反应的另一个
重要指标，尤其是在不低于170℃的温度下，烟气中的二噁英与O2可以反应并
生成水、CO2和HCL，有利于对烟气中二噁英的进一步分解。

因此在国内、国外
的多数地区，垃圾焚烧项目的烟气脱硝工艺很多都采用了低温SCR催化反应技术，其主要优点是不易形成二次污染，系统装置结构简单，并且NOX脱除效率可以高达80-90%。

2.2 结构布置
根据垃圾焚烧线的设计规模，低温SCR催化剂模块依据烟气排放总量一般单
层或多层布置，每层有多个模块组合。

还原剂通常采用氨水，经蒸发器雾化后喷
入加热后的稀释风中，再和烟气混合进入SCR催化模块中进行反应。

为保证反应
和脱硝效果，从布袋过来的烟气通常需要经过蒸汽加热装置将其加热到最佳反应
温度场。

SCR反应系统的入口需要设有CEMS在线监测装置，可以根据NOX的含量计
算和设定喷氨的数量。

同时，针对SNCR反应不充分的氨逃逸，也可以控制并设
定到SCR的消耗量上，以进一步降低烟气排放的氨逃逸率。

3 低温SCR脱硝效率的影响因素
3.1 SOX
由于SCR入口烟气中含有的SOX气体，催化剂中的活性组分在催化降解NOx
的过程中，会对SO2的氧化起到一定的催化作用。

同时，随着反应温度的升高，SO2的氧化率也会增加并生成SO3，SO3容易和逃逸的NH3进行反应生成硫酸氢
铵。

在通常的运行温度下，硫酸氢铵的露点为147℃，其以液体的形式在物体表
面聚集或以液滴的形式分散于烟气中。

但液态的硫酸氢铵是一种粘性很强的物质，具有吸湿性，如果在低温催化剂上形成，会造成催化剂部分堵塞，增大系统运行
差压或造成催化剂的中毒失效。

硫酸氢铵的沉积首先发生在催化剂的空隙里，但沉积的过程是可逆的，当运
行温度提升到露点以上时，硫酸氢铵将会被蒸发和分解，催化剂活性是可以恢复的，但如果SCR模块长期低于硫酸氢铵露点温度运行，催化剂活性则会部分永久
改变和失活。

3.2 粉尘
粉尘对低温SCR的脱硝效率影响较大，垃圾焚烧烟气中粉尘较多则容易覆盖
在催化剂表面或孔隙中，阻碍NOX和催化剂的接触面，从而削弱SCR的还原反应，降低系统脱硝效率。

与此同时，烟气中粉尘浓度的增加，使得SCR的运行差压也
逐渐增大，引风机能耗则明显增加，机组经济性降低。

而引起烟气粉尘升高的主
要原因为布袋预热系统阀门存在关闭不严，使得未过滤的尾气和干法布粉时的石
灰粉绕过布袋直接进入SCR模块，并引起差压升高；或者除尘器仓室中有布袋破
裂泄漏的状况；以及机组启动前烟道内沉积的灰尘较多等。

3. 3 反应温度
对应于不同烟气组成、不同性质的SCR催化剂均存在一个最佳的反应温度范围。

当温度过低时，催化还原反应速率降低，SCR系统的脱硝效率减小。

虽然温
度越高，催化剂的活性会随之增强，脱硝效率应该逐渐增加，但实际运行中，过
高的温度场反而会使脱硝效率降低，主要是因为低温催化剂反应环境温度过高的
时候，催化剂会存在出现烧结的可能，导致催化剂活性位数量大幅度降低，从而
对脱硝效率造成更加不利的负面影响。

3. 4 空间速度
空间速度是SCR的一个关键设计参数，它是烟气的体积流量与SCR反应塔中
催化剂体积的比值，是反映烟气在SCR反应塔内停留时间长短的一个指标，通常SCR的脱硝效率会随着烟气空间速度的增大而降低。

空间速度大，烟气流速也大，烟气在反应器内的停留时间短，将导致NOX与NH3的反应不充分，NOX的转化率低，氨的逃逸量大，同时烟气对催化剂骨架的
冲刷也大。

但若烟气流速过小，所需要的SCR反应器的空间增大，催化剂和设备
不能够得到充分的利用，又不经济。

3. 5 NH3/NOX摩尔比
在理想的条件下，若氨氮比的比值为1，则不存在反应物的残留，NOX全部
可以转变成N2和H2O。

若氨氮比小于1，则表明有部分的NOX残留，会影响到
脱硝的效果。

当氨氮比大于1时，过量的NH3会与烟气中的O2、SO2、SO3等发
生副反应，从而导致氨逃逸及脱硝效率的降低。

实际运行中，当锅炉的炉膛温度场变化时，伴随着SNCR喷入氨水量的提升，NH3/NOX的摩尔比增加，SNCR存在较大的氨逃逸量，如果现有SCR催化剂失活，即便SCR不喷氨，也消化不掉入口烟气中的氨逃逸量时，将会导致硫酸氢铵的生
成几率增加，从而对SCR催化剂的失活形成恶性循环。

因此， SCR反应系统的最
佳氨氮比应在保证最佳脱硝效率的基础上，结合机组负荷变化而变化。

3. 6 烟气含水率
水对催化剂具有软化作用，烟气中的水蒸汽能吸附在催化剂表面的活性点位上，从而抑制催化剂的活性。

另外，烟气中的碱金属（Ca、Na、K等）和重金属
（As、Pb等）与催化剂表面接触，能够与活性位发生反应而使催化剂钝化，且在
烟气含水率高的情况下尤其明显，从而导致催化剂进一步失活。

但当烟气含水率
降低时，催化剂可以恢复活性，在SCR系统实际运行的反应中，H2O对催化剂活
性的影响相对较小。

4 低温SCR应用总结
基于环保排放对垃圾焚烧发电厂的要求不断提升，越来越多的项目采用低温SCR和SNCR的联合脱硝工艺，其脱硝效率大大低于欧盟2010标准（2010/75/EC）和《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485）的要求。

同时，低温SCR系统的
应用，有效避免了SNCR工艺中存在的脱硝效率低、受热面容易腐蚀结垢的问题，为垃圾焚烧发电行业提供了行之有效的脱硝技术，对循环经济建设、环境保护和
提升企业社会责任具有积极的推动作用。

参考文献：
1 苗强，《洁净煤技术》，2017
2 钟秦《燃煤烟气脱硫脱硝技术机及工程实例》，2002
3 国家环境保护局《电力工业废气治理》2013
4 肖潇《电力设备》 2017年第8期。