脱硝工艺介绍

图6-1 典型火电厂SCR法烟气脱硝工艺流程图脱硝工艺介绍

1脱硝工艺

图1 LNB、SNCR和SCR在锅炉系统中的位置

目前成熟的燃煤电厂氮氧化物控制技术主要包括燃烧中脱硝技术和烟气脱硝技术，其中燃烧中脱硝技术是指低氮燃烧技术（LNB），烟气脱硝技术包括SCR、SNCR 和SNCR/SCR联用技术等，其在锅炉系统中的位置如图1所示。

1.1烟气脱硝工艺使用

目前进入工业使用的成熟的燃煤电厂烟气脱硝技术主要包括SCR、SNCR和SNCR/SCR联用技术。

1）SNCR脱硝技术是指在锅炉炉膛出口900~1100℃的温度范围内喷入还原剂（如氨气）将其中的NOx选择性还原成N2和H2O。SNCR工艺对温度要求十分严格，对机组负荷变化适应性差，对煤质多变、机组负荷变动频繁的电厂，其使用受到限制。

大型机组脱硝效率一般只有25~45%，SNCR脱硝技术一般只适用于老机组改造且对NOx排放要求不高的区域。

2）SCR烟气脱硝技术是指在300~420℃的烟气温度范围内喷入氨气作为还原剂，在催化剂的作用下和烟气中的NOx发生选择性催化反应生成N2和H2O。SCR烟气脱硝技术具有脱硝效率高，成熟可靠，使用广泛，经济合理，适应性强，特别适合于煤质多变、机组负荷变动频繁以及对空气质量要求较敏感的区域的燃煤机组上使用。SCR脱硝效率一般可达80～90%，可将NOx排放浓度降至100mg/m3（标态，干基，6%O2）以下。

3）SNCR/SCR联用技术是指在烟气流程中分别安装SNCR和SCR装置。在SNCR区段喷入液氨等作为还原剂，在SNCR装置中将NOx部分脱除；在SCR区段利用SNCR工艺逃逸的氨气在SCR催化剂的作用下将烟气中的NOx还原成N2和H2O。SNCR/SCR联用工艺系统复杂，而且脱硝效率一般只有50~70%。

三种烟气脱硝技术的综合比较见表1。

表1 烟气脱硝技术比较

序号项目

技术方案

SCR SNCR/SCR联用SNCR

1 还原剂NH3或尿素尿素或NH3尿素或NH3

2 反应温度300~420℃前段：900~1100℃

后段：300~420℃

900~1100℃

3 催化剂V2O5-WO3（MoO3）/TiO2基

催化剂

后段加装少量SCR催化剂不使用催化剂

4 脱硝效率80%~90% 50%~70% 大型机组25%~50%

5 SO2/SO3氧化会导致SO2/SO3氧化SO2/SO3氧化较SCR低不导致SO2/SO3氧化

6 NH3逃逸小于3ppm 小于3ppm 小于10ppm

7 对空气预

热器影响

催化剂中的V等多种金属会

对SO2的氧化起催化作用，

SO2/SO3氧化率较高，而NH3

和SO3易形成NH4HSO4造成

堵塞或腐蚀

SO2/SO3氧化率较SCR低，

造成堵塞或腐蚀的机会较

SCR低

不会因催化剂导致

SO2/SO3的氧化，造成

堵塞或腐蚀的机会为

三者最低

8 燃料的影响高灰分会磨耗催化剂，碱金属

氧化物会使催化剂钝化

影响和SCR相同无影响

9 锅炉的影响受省煤器出口烟气温度影响受炉膛内烟气流速、温度分

布及NOx分布的影响

和SNCR/SCR混合系

统影响相同

10 计算机模拟和物

理流动模型要求

需做计算机模拟和物理流动

模型试验

需做计算机模拟分析需做计算机模拟分析

序号项目

技术方案

SCR SNCR/SCR联用SNCR

11 占地空间大（需增加大型催化剂反应器

和供氨或尿素系统）

较小（需增加一小型催化剂

反应器，无需增设供氨或尿

素系统）

小（锅炉无需增加催化

剂反应器）

12 使用业绩多数大型机组成功运转经验多数大型机组成功运转经

验

多数大型机组成功运

转经验

2SCR工艺

2.1S CR技术简介

选择性催化还原法（SCR）的基本原理是利用氨（NH3）对NOx的还原功能，使用氨气（NH3）作为还原剂，将体积浓度小于5％的氨气通过氨气喷射格栅（AIG）喷入温度为300~420℃的烟气中，和烟气中的NOx混合后，扩散到催化剂表面，在催化剂作用下，氨气（NH3）将烟气中的NO和NO2还原成无公害的氮气（N2）和水（H2O）（图3-6）。这里“选择性”是指氨有选择的和烟气中的NOx进行还原反应，而不和烟气中大量的O2作用。整个反应的控制环节是烟气在催化剂表面层流区和催化剂微孔内的扩散。

图2 SCR反应示意图

SCR反应化学方程式如下：

4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O （3-1）

2NO2 + 4NH3 + O2→ 3N2 + 6H2O （3-2）

在燃煤烟气的NOx中，NO约占95%，NO2约占5%，所以化学反应式（3-1）为主要反应，实际氨氮比接近1:1。

SCR技术通常采用V2O5/TiO2基催化剂来促进脱硝还原反应。脱硝催化剂使用高比表面积专用锐钛型TiO2作为载体，（钒）V2O5作为主要活性成分，为了提高脱硝催化剂的热稳定性、机械强度和抗中毒性能，往往还在其中添加适量的WO3、（钼）MoO3、玻璃纤维等作为助添加剂。

催化剂活性成分V2O5在催化还原NOx 的同时，还会催化氧化烟气中SO2转化成SO3（反应3-3）。在空预器换热元件140~220℃低温段区域，SO3和逃逸的NH3反应生成高粘性NH4HSO4（反应3-4），粘结和粘附烟气中的飞灰颗粒恶化空预器元件堵塞和腐蚀。为此，除严格控制氨逃逸浓度小于3ppm外，应尽可能减少V2O5含量，并添加WO3或MoO3，控制催化剂活性，抑制SO2/SO3转化，通常要求烟气经过催化剂后的SO2/SO3转化率低于1.0%。

2SO2 + O2→ 2SO3（3-3）

SO3+NH3+H2O→NH4HSO4（3-4）

SCR技术是当前世界上主流的烟气脱硝工艺，自上世纪70年代在日本燃煤电厂开始正式商业使用以来，目前在全世界范围内得到广泛的使用。作为一种成熟的深度烟气NOx后处理技术，无论是新建机组还是在役机组改造，绝大部分煤粉锅炉都可以安装SCR装置。其具有如下特点：

➢脱硝效率可以高达95%，NOx排放浓度可以控制到50mg/m3（标态，干基，6%O2）以下，是其他任何一项脱硝技术都无法单独达到的；

➢催化剂在和烟气接触过程中，受到气态化学物质毒害、飞灰堵塞和磨损等因素的影响，其活性逐渐降低，通常3~4年增加或更换一层催化剂。对于废弃催化剂，由于富集了大量痕量重金属元素，需要谨慎处理；

➢会增加锅炉烟道系统阻力900~1200Pa；

➢系统运行会增加空预器入口烟气中SO3浓度，并残留部分未反应的逃逸氨气，两者在空预器低温换热面上易发生反应形成NH4HSO4，进而恶化空预器冷端的堵塞和腐蚀，因此需要对空预器采取抗NH4HSO4堵塞的措施。

2.2S CR技术分类

烟气脱硝SCR工艺根据反应器在烟气系统中的位置主要分为三种类型（图3）：高灰型、低灰型和尾部型等。