很多电厂选择使用SCR法脱硝，这种方法的原理是什么？

SCR脱硝技术

SCR（Selective Catalytic Reduction）即为选择性催化还原技术，近几年来发展较快，在西欧和日本得到了广泛的应用，目前氨催化还原法是应用得最多的技术。它没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且脱除效率高（可达90%以上），运行可靠，便于维护等优点。

选择性是指在催化剂的作用和在氧气存在条件下，NH3优先和NOx发生还原脱除反应，生成氮气和水，而不和烟气中的氧进行氧化反应，其主要反应式为：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）

2NO2+4NH3 +O2→ 3N2+6H2O（2）

在没有催化剂的情况下，上述化学反应只是在很窄的温度范围内（980℃左右）进行，采用催化剂时其反应温度可控制在300-400℃下进行，相当于锅炉省煤器与空气预热器之间的烟气温度，上述反应为放热反应，由于NOx在烟气中的浓度较低， 故反应引起催化剂温度的升高可以忽略。

下图是SCR法烟气脱硝工艺流程示意图

SCR脱硝原理

SCR 技术脱硝原理为：在催化剂作用下，向温度约280～420 ℃的烟气中喷入氨，将NOX 还原成N2 和H2O。

SCR脱硝催化剂：

催化剂作为SCR脱硝反应的核心,其质量和性能直接关系到脱硝效率的高低,所以,在火电厂脱硝工程中, 除了反应器及烟道的设计不容忽视外,催化剂的参数设计同样至关重要。

一般来说,脱硝催化剂都是为项目量身定制的,即依据项目烟气成分、特性,效率以及客户要求来定的。催化剂的性能(包括活性、选择性、稳定性和再生性)无法直接量化,而是综合体现在一些参数上,主要有:活性温度、几何特性参数、机械强度参数、化学成分含量、工艺性能指标等。

催化剂的形式有：波纹板式，蜂窝式，板式

SCR脱硝工艺

从而去除烟气中的NOx。选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应，而不与烟气中的氧气发生反应。

SCR脱硝工艺流程：还原剂 (氨) 用罐装卡车运输，以液体形态储存于氨罐中；液态氨在注入SCR 系统烟气之前经由蒸发器蒸发气化；气化的氨和稀释空气混合，通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中；充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，去除NOx。

SCR脱硝工艺流程图

SCR脱硝系统

SCR脱硝系统主要由SCR催化反应器、氨气注入系统、烟气旁路系统、氨的储存和制备系统等组成。SCR催化反应器的布置方式，目前国内外一般采用高尘布置方式，即布置在省煤器和空预器之间的高温烟道内。在该位置，烟气温度能够达到反应的最佳温度。因此本期工程脱硝装置拟采用高尘布置方式。烟气在锅炉省煤器出口处被平均分为两路，每路烟气并行进入一个垂直布置的SCR反应器里，即每台锅炉配有二个反应器，烟气经过均流器后进入催化剂层。在烟气进入催化剂层前设有氨气注入系统，烟气与氨气充分混合后进行催化剂反应，脱去NOX。反应后的烟气进入空预器、电除尘器、引风机和脱硫装置后，排入烟囱。SCR反应器布置在空预器上方。

SCR脱硝系统组成

· 反应器/催化剂系统

· 烟气/氨的混合系统

· 氨的储备与供应系统

· 烟道系统

· SCR的控制系统

SCR脱硝设备

反应器/催化剂系统

主要设备：反应器，催化剂，吹灰器

烟气/氨的混合系统

主要设备：稀释风机，静态混合器，氨喷射格栅（AIG），空气/氨混合器

氨的储备与供应系统

主要设备：卸料压缩机，氨蒸发器（电/蒸汽），氨罐，缓冲罐，稀释槽

烟道系统

主要设备：挡板（有旁路），膨胀节，导流板，烟道

SCR的控制系统

主要设备：DCS、PLC、仪表、盘柜等。

没啥影响的。氨气的量占比很小，温度高低对脱硝系统温度影响微乎其微

1. 脱硝工艺的简介

有关NOX的控制方法从燃料的生命周期的三个阶段入手，限燃烧前、燃烧中和燃烧后。当前，燃烧前脱硝的研究很少，几乎所有的脱硝都集中在燃烧中和燃烧后的NOX的控制。所以在国际上把燃烧中NOX的所有控制措施统称为一次措施，把燃烧后的NOX控制措施统称为二次措施，又称为烟气脱硝技术。

目前普遍采用的燃烧中NOX控制技术即为低NOX燃烧技术，主要有低NOX燃烧器、空气分级燃烧和燃料分级燃烧。

应用在燃煤电站锅炉上的成熟烟气脱硝技术主要有选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction，简称SCR）、选择性非催化还原技术（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR）以及SNCR/SCR混合烟气脱硝技术。

2 .SCR烟气脱硝技术

近几年来选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)发展较快,在欧洲和日本得到了广泛的应用,目前催化还原烟气脱硝技术是应用***多的技术。

1）SCR脱硝反应

目前世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种法都是利用氨对NOX的还原功能，在催化剂的作用下将NOX(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和水。还原剂为NH3，其不同点则是在尿素法SCR中，先利用一种设备将尿素转化为氨之后输送至SCR触媒反应器，它转换的方法为将尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合时间，驻留时间及温度，由此室分解出来之氨基产物即成为SCR的还原剂通过触媒实施化学反应后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有热解法和水解法，主要化学反应方程式为：

NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2

在整个工艺的设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合，***后通过分配格栅喷入SCR反应器上游的烟气中。典型的SCR反应原理示意图如下：

在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：

4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。

在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的NOX浓度的5%，NO2参与的反应如下：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

上面两个反应表明还原NO2比还原NO需要更多的氨。

在绝大多数锅炉烟气中，NO2仅占NOX总量的一小部分，因此NO2的影响并不显著。

SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NOX脱除率，就必须增加反应器中NH3/NOX摩尔比。当不能保证预先设定的脱硝效率和（或）氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。

2）SCR系统组成及反应器布置

在选择催化还原工艺中，NOx与NH3在催化剂的作用下产生还原。催化剂安放在一个固定的反应器内，烟气穿过反应器平行流经催化剂表面。催化剂单元通常垂直布置，烟气自上向下流动。如下图所示：

SCR系统一般由氨的储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、省煤器旁路、SCR旁路、检测控制系统等组成。下图为典型SCR烟气脱硝工艺系统基本流程简图：

3 .SNCR烟气脱硝技术

选择性催化还原脱除NOX的运行成本主要受催化剂寿命的影响，一种不需要催化剂的选择性还原过程或许更加诱人，这就是选择性非催化还原技术。该技术是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOX进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。

研究发现，在炉膛850～1100℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOX，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR法。在850～1100℃范围内，NH3或尿素还原NOX的主要反应为：

NH3为还原剂

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

尿素为还原剂

NO+CO(NH2)2 +1/2O2→2N2+CO2+H2O

当温度高于1100℃时, NH3则会被氧化为

4NH3+5O2→4NO+6H2O

不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3的反应***佳温度区为 850～110O℃。当反应温度过高时，由于氨的分解会使

NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。NH3是高挥发性和有毒物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。

引起SNCR系统氨逃逸的原因有两种，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应；另一种可能是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到炉内***有效的部位，因为NOx在炉膛内的分布经常变化，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨分布不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量。在较大的燃煤锅炉中，还原剂的均匀分布则更困难，因为较长的喷入距离需要覆盖相当大的炉内截面。为保证脱硝反应能充分地进行，以***少的喷入NH3量达到***好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。若喷入的NH3不充分反应，则逃逸的NH3不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到S03会产生(NH4)2S04易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。

SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%-40%，受锅炉结构尺寸影响很大，多用作低NOX燃烧技术的补充处理手段。采用SNCR技术，目前的趋势是用尿素代替氨作为还原剂，值得注意的是，近年的研究表明，用尿素作为还原剂时，NOX会转化为N2O，N2O会破坏大气平流层中的臭氧，除此之外，N2O还被认为会产生温室效应，因此产生N2O问题己引起人们的重视。

综上所对比，SCR脱硝工艺技术先进，工艺成熟，经济合理，工业业绩居多，脱硝效率高，拟选用目前效率***高的SCR技术。

4.工艺系统说明

SCR脱硝系统由三个子系统所组成，SCR反应器及附属系统、氨储存处理系统和氨注入系统。

4.1 氨的储存系统

（1）系统组成

液氨储存系统包括液氨卸料压缩机、液氨储罐等。

（2）工艺描述

还原剂（氨）用罐车运输并在储罐储存。在高压下，氨被液化以减小运输和储存的体积。市场购买的还原剂（液态氨纯度99.6%）,供应商用罐装车运输（以液体形态储存在压力容器内），送往氨贮存场地，通过氨卸载压缩机抽取储罐中气氨，送入储罐后，将槽车中的液氨，挤入液氨储槽中贮存。使用时，储存罐中的氨借助自压输送到蒸发器中。

· 卸载压缩机

卸料压缩机为往复式压缩机，系统设置二台卸载压缩机，一台运行，一台备用。

· 液氨储槽

本工程设置2台液氨储罐，供两炉使用。液氨储罐的***大充装量为25m³。储氨罐组可供应两台炉设计条件下，每天运行24小时，连续运行7天的消耗量。液氨储罐上安装有超流阀、逆止阀、紧急关断阀和安全阀做为储罐安全运行保护所用。储罐还装有温度计、压力表液位计和相应的变送器将信号送到主体机组DCS控制系统，当储罐内温度或压力高时报警。储罐四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当储罐内液氨温度过高时自动淋水装置启动，对储罐进行喷淋降温。

4.2氨注入系统

（1）系统组成

氨注入系统包括氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨气稀释槽、废水泵、废水池等。

（2）工艺描述

储罐里的液态氨靠自压输送到蒸发器，在蒸发器内（通过蒸汽加热）将氨蒸发，每个蒸发槽上装有压力控制阀将氨气压力控制在≤2kg/cm2。当出口压力超过2kg/cm2时，切断节流阀，停止液氨供应。从蒸发槽蒸发的氨气流进入氨气缓冲罐，通过氨气输送管道送至每一台炉的SCR反应装置旁。再用空气稀释高浓度无水氨，这样氨/空气混合物安全且不易燃。通过装在SCR入口烟道内的氨注入格栅，将氨/空气混合物注入到SCR系统内。

（3）主要设备选型

· 液氨蒸发槽

液氨蒸发所需要的热量由低压蒸汽提供，共设有二个液氨蒸发槽（一用一备）。蒸发槽装有安全阀，可防止设备压力异常过高。液氨蒸发槽面积按照在BMCR工况下单台机组100％容量设计。

· 氨气缓冲槽

氨气缓冲槽的作用即在稳定氨气的供应，避免受蒸发槽操作不稳定所影响。缓冲槽上也有安全阀可保护设备。

· 氨气稀释槽

氨气稀释槽为立式水槽，水槽的液位由满溢流管线维持，稀释槽设计连结由槽顶淋水和糟侧进水。液氨系统各排放处所排出的氨气由管线汇集后从稀释槽低部进入。通过分散管将氨气分散入稀释槽水中，利用大量水来吸收安全阀排放的氨。

· 稀释风机

喷入锅炉烟道的氨气为空气稀释后的含5％左右氨气的混合气体。所选择的风机满足脱除烟气中NOx***大值的要求，并留有一定的余量。稀释风机两台按一台100％容量（一用一备）设置，共有四台离心式稀释风机。

·氨/空气混合器

为了实现氨和稀释空气的充分、均匀的混合，

· 氨气泄漏检测器

液氨储存及注入系统周边设有3只氨气检测器，以检测氨气的泄漏，并显示大气中氨的浓度。当检测器测得大气中氨浓度过高时，在机组控制室会发出警报，操作人员采取必要的措施，以防止氨气泄漏的异常情况发生。电厂液氨储存及供应注入系统远离机组，并采取措施与周围环境隔离。

· 排污系统

液氨储存和注入系统的氨排放管路为一个封闭系统，将经由氨气稀释槽吸收成氨废水后排放至废水池再经由废水泵送至主厂废水处理站。

· 氮气吹扫

液氨储存及注入系统保持系统的严密性防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸是***关键的安全问题。基于此方面的考虑，本系统的卸料压缩机、液氨储罐、氨蒸发器、氨气缓冲罐等都备有氮气吹扫管线。在液氨卸料之前通过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫，防止氨气泄漏和与系统中残余的空气混合造成危险。

    SCR 装置运行原理 如下:

     氨气作为脱硝剂被喷入高温烟气脱硝装置中,在催化剂的作用下将烟气中NOx 分解成为N2和H2O,其反应公式如下:

     催化剂  4NO +4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O

     催化剂  NO +NO2 +2NH3 →2N2 + 3H2O

     一般通过使用适当的催化剂,上述反应可以在200 ℃～450 ℃的温度范围内有效进行, 在NH3 /NO = 1的情况下,可以达到80～90%的脱硝效率。

     烟气中的NOx 浓度通常是低的,但是烟气的体积相对很大,因此用在SCR装置的催化剂一定 是高性能。因此用在这种条件下的催化剂一定满足燃煤锅炉高可靠性运行的要求。

     烟气脱硝技术特点:

     SCR脱硝技术以其脱除效率高,适应当前环保要求而得到电力行业高度重视和广泛的应用。在环保要求严格的发达国家例如德国,日本,美国,加拿大,荷兰,奥地利,瑞典,丹麦等国SCR脱硝技术已经是应用最多、最成熟的技术之一。根据发达国家的经验, SCR脱硝技术必然会成为我国火力电站燃煤锅炉主要的脱硝技术并得到越来越广泛的应用。

       SCR 脱硝系统一般组成：

       上图为SCR烟气脱硝系统典型工艺流程简图, SCR系统一般由氨的储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、省煤器旁路、SCR旁路、检测控制系统等组成。

       液氨从液氨槽车由卸料压缩机送人液氨储槽,再经过蒸发槽蒸发为氨气后通过氨缓冲槽和输送管道 进人锅炉区,通过与空气均匀混合后由分布导阀进入SCR反应器内部反应, SCR反应器设置于空气预热器前,氨气在SCR 反应器的上方,通过一种特殊的喷雾装置和烟气均匀分布混合,混合后烟气通过反应器内催化剂层进行还原反应。

       SCR系统设计技术参数主要有反应器入口NOx 浓度、反应温度、反应器内空间速度或还原剂的停留时间、NH3 /NOx 摩尔比、NH3 的逃逸量、SCR系统的脱硝效率等。

       氨储存、混合系统：

       每个SCR反应器的氨储存系统由一个氨储存罐,一个氨气/空气混合器,两台用于氨稀释的 空气压缩机(一台备用)和阀门,氨蒸发器等组成。氨储存罐可以容纳15天使用的无水氨,可充 至85%的储罐体积,装有液面仪和温度显示仪。液氨汽化采用电加热的方式,同时保证氨气/空气混合器内的压力为350 kPa。NH3 和烟气混合的均匀性和分散性是维持低NH3 逃逸水平的关键。为了保证烟气和氨气在烟道分散好、混合均匀,可以通过下面方式保证混合:在反应器前安装静态混合器增加NH3 喷入的能量增加喷点的数量和区域改进喷射的分散性和方向在NH3 喷入后的烟道中设置导流板同时还应根据冷态流动模型试验结果和数学流动模型计算结果对喷氨系统的结构进行优化。

       喷氨系统：

     喷氨系统根据锅炉负荷、反应器入口NOx 浓度、反应器出口NOx 浓度测量的反馈信号,控制氨的喷入量。

     反应器系统：

     SCR反应器采用固定床形式,催化剂为模块放置。反应器内的催化剂层数取决于所需的催化剂反应表面积。典型的布置方式是布置二至三层催化剂层。在最上一层催化剂层的上面,是一层无催化剂的整流层,其作用是保证烟气进入催化剂层时分布均匀。通常,在第三层催化剂下面还有一层备用空间,以便在催化剂活性降低时加入第四层催化剂层。在反应器催化剂层间设置吹灰装置,定时吹灰,吹扫时间30～120分钟,每周1～2次。如有必要,还应进行反应器内部的定期清理。反应器下设有灰斗,与电厂排灰系统相连,定时排灰。

      省煤器和反应器旁路系统：

      在省煤器前和反应器之间设置旁路,称之为省煤器旁路。当锅炉负荷降低,烟气流量减少,进入反应器的烟气温度低于要求值时,旁路开通,向反应器导入高温烟气,提高反应器内的温度。此外,在反应器入口和出口间装有一个大的旁路,称之为反应器旁路。反应器旁路的作用是:锅炉负荷降低时使用。例如开机和停机时使用,低负荷时使用和季节性使用。以防止低温造成催化剂中毒及催化剂污染。所有SCR系统旁路的插板门均要保证零泄露。

     催化剂：

     催化剂是电厂SCR工艺的核心,它约占其投资的l/3。为了使电站安全、经济运行,对SCR工 艺使用的催化剂应达到下列要求:

①低温度时在较宽温度范围具有较高的活性 

②高选择性( SO2 向SO3 转换率和其他方面作用低即副反应少) 

③对二氧化硫( SO2 ) 、卤族酸(HCl, HF)和碱金属(Na2O、K2O)和重金属(如As)具有化学 稳定性 

④克服强烈温度波动的稳定性 

⑤对于烟道压力损失小 

⑥寿命长、成本低理想的催化剂应具有以下优点: 

❶ 高活性

❷ 抗中毒能力强 

❸ 好的机械强度和耐磨损性 

❹ 有合适的工作温度区间。

       SCR测量控制系统：

       反应温度控制：

      在一定温度范围内,随反应温度提高,NOx 脱除率急剧增加,脱硝率达到最大值时,温度继续升高会使NH3 氧化而使脱硝率下降 反应温度过低,烟气脱硝反应不充分,易产生NH3 的逃逸。 

      因此要对SCR系统入口烟气温度进行监测并通过调节省煤器旁路开度控制SCR 系统入口烟气温度。 

     氨量控制：

     在NH3 /NOx 摩尔比小于1 时,随NH3 /NOx摩尔比增加,脱硝效率提高明显 NH3 投入量超过 需要量, NH3 会造成二次污染, 一般控制NH3 /NOx 摩尔比在1. 0左右。NH3 的流量控制阀调节 控制NH3 的流量,控制系统根据反应器入口NOx的浓度、烟气流量、反应器出口所要求NOx 的排放浓度和氨的逃逸浓度计算出氨的供给流量。为保证人身和设备安全,发生下列情况,氨气阀门自动关闭:低的烟气流量高的氨气/空气比催化剂入口烟气温度过高催化剂入口烟气温度过低没有来自锅炉的运行允许信号启动急停开关。 

      氨稀释空气流量控制：

      氨稀释用空气流量在SCR 系统运行时被设定好,不再调整。两台空气压缩机,一台备用。当第1台空气压缩机输出气体压力低于设定值或发生故障时,第2台空气压缩机自动启动。

      氨气蒸发器：

      氨气蒸发器与储罐为一体化结构,加热器放置在无水氨的液体中,通过氨储罐内的压力控制加热器。当储罐内的压力低于设定压力时,加热器通电加热液氨加热器过热则断电保护。

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