SCR脫硝

什么是SCR煙氣脫硝技術？

SCR脫硝（Selective Catalytic Reduction，簡稱SCR）即選擇性催化還原脫硝技術，有時也被稱為氨催化還原法脫硝，是向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它合適的還原劑，利用催化劑(鐵、釩、鉻、鈷或鉬等堿金屬) 在溫度為200-450℃時將煙氣中的 NOx轉化為氮氣和水。在通常的設計中，使用液態純氨或氨水（氨的水溶液）作為SCR脫硝劑，無論以何種形式使用氨，都要首先使氨蒸發，然后氨和稀釋空氣或煙氣混合，最后利用噴氨格柵將其噴入SCR反應器上游的煙氣中。SCR脫硝在國內外得到了廣泛的應用。

SCR脫硝工藝存在一些明顯的缺點：煙氣往往成分復雜，某些污染物可使脫硝催化劑中毒；高分散度的粉塵微粒可覆蓋催化劑的表面，使其活性下降；SCR脫硝系統中存在一些未反應的NH3和煙氣中的SO2作用，生成易腐蝕和堵塞脫硝設備的硫酸氨(NH4)2SO4和硫酸氫氨NH4HSO4,同時還會降低氨的利用率；SCR脫硝設備的投資與運行費用較高，SCR脫硝系統的投資規模和運行成本都遠高于SNCR脫硝系統；作為SCR還原劑的液氨屬于危化品，在儲存和使用方面存在一定的安全隱患；SCR脫硝系統使用液氨或氨水作為脫硝劑（還原劑），都可能因為氨逃逸形成二次污染；SCR脫硝設備必須采用昂貴的催化劑，脫硝催化劑在使用一定時限之后必須返廠再生或者報廢；SCR脫硝裝置結構相比于SNCR和氧化法都更復雜。但是在過去的十多年間，SCR催化還原法脫硝技術卻是大型鍋爐（如電廠鍋爐）或大型窯爐上應用得較多的脫硝技術，一部分原因在于傳統的SNCR脫硝技術應用在大型鍋爐和窯爐上的脫硝效率偏低（僅為30%至50%），無法滿足客戶的達標排放的要求，而以廣東綠能環保的ESNCR脫硝為代表的新型選擇性非催化還原脫硝技術，和以LN-OX氧化法爐外脫硝為代表的新型氧化法脫硝技術，都是近年出現的新技術。

SCR脫硝對氮氧化物的脫除效率較高（可達90%以上），溫度窗口居中（相對于SNCR的高溫和氧化法的低溫）。在煙氣溫度不適合其它脫硝工藝時，SCR可能成為唯一的選擇；而在某些爐型上采用SCR脫硝，則具有獨特的優勢。在某些情況下，采用單一脫硝技術無法達標排放，也可以采用SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術，或者氧化法/SCR混合煙氣脫硝技術，或者氧化法/SNCR混合煙氣脫硝技術，這幾種混合脫硝技術在廣東綠能環保都有成功案例。

SCR脫硝技術原理：

在催化劑作用下，向溫度約200～450 ℃的煙氣中噴入氨，將NOx還原成N₂和H₂O。

SCR的選擇性是指在催化劑的作用下，在氧氣存在條件下，NH3優先和NOx發生還原脫除反應，生成氮氣和水，而不被煙氣中的氧氣氧化成氮氧化物NOx。SCR脫硝的主要反應式為：

    4NO+4NH₃+O₂-----4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂---3N₂+6H₂O

SCR脫硝工藝的催化劑如何選擇？

SCR脫硝工藝中催化劑的選取是關鍵因素，對脫硝催化劑的要求是活性高、壽命長、經濟性好、不產生二次污染。在以氨為還原劑來還原NOx時，雖然過程容易進行，銅、鐵、鉻、錳等非貴金屬都可起到有效的催化作用，但因煙氣中含有SO2、塵粒和水霧，對催化反應和催化劑均不利，故采用銅、鐵等金屬作為脫硝催化劑的SCR脫硝工藝必須首先進行煙氣除塵和脫硫；或者選用不易受骯臟煙氣污染和腐蝕等影響的，同時具有一定的活性和耐受一定溫度的脫硝催化劑，如二氧化鈦為基體的堿金屬催化劑，其最佳反應溫度為300-400℃。脫硝催化劑的不同決定了SCR脫硝溫度窗口的不同。

如何保證SCR系統 NOx脫除效率？

SCR脫硝系統 NOx脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和 NOx反應。有一小部分氨不反應而是作為氨逃逸離開了反應器。一般來說，對于新的脫硝催化劑，氨逃逸量很低。但是，隨著催化劑失活或者表面被飛灰覆蓋或堵塞，氨逃逸量就會增加，為了維持需要的 NOx脫除率，就必須增加反應器中 NH3/NOx摩爾比。當不能保證預先設定的脫硝效率和（或）氨逃逸量的性能標準時，就必須在反應器內添加或更換新的脫硝催化劑以恢復催化劑的活性和反應器性能。

SCR脫硝過程中氨的氧化機理及危害？

氨的氧化將一部分氨轉化為其它的氮化合物。可能的反應有：

4NH3 + 5O2 → 4NO+ 6H2O

4NH3 + 3O2 → 2N2+ 6H2O

2NH3 + 2O2 → N2O+ 3H2O

影響氨氧化反應的因素有：催化劑成分、煙氣中各組分和氨的濃度、反應器溫度等。廣東綠能環保的實踐表明，在釩催化劑上，當溫度超過 399℃時，氨的氧化對脫硝過程才有顯著影響。

氨氧化的危害：首先，達到給定的 NOx脫除率需要的氨供給率將增加，需要添加額外的還原劑以替換被氧化的氨；第二，氨的氧化減少了催化劑內表面吸附的氨，可能影響 NOx脫除，導致催化劑體積不足；此外，由于氨不是被氧化就是與 NOx反應或者作為氨逃逸從反應器中排出，因此氨的氧化使SCR脫硝過程的物料平衡變得復雜。因此，SCR煙氣脫硝系統需要安裝氨逃逸的測量儀器。

SCR脫硝過程中SO2氧化的機理及危害？

SCR催化劑的氧化特性使燃用含硫煤的鍋爐的脫硝反應器也會將 SO2氧化為 SO3： 2SO2 + O2 → 2SO3 。SO2氧化率受煙氣中 SO2濃度、反應器溫度、催化劑質量、催化劑的結構設計及配方的影響。SO3的產生率正比于煙氣中 SO2的濃度。增加反應溫度也會加快 SO2的氧化，當溫度超過 371℃時，氧化速率將迅速增加。SO2氧化速率也與反應器中催化劑的體積成正比，因此，為獲得高的脫硝效率和低的氨逃逸而設計的反應器也會產生更多的 SO3。

SO3與催化劑組分及煙氣組分反應，形成固體顆粒沉積在催化劑表面或內部，縮短催化劑壽命。SCR反應器產生的SO3也增加了煙氣中SO3的本底濃度。

SCR脫硝過程中銨鹽（如硫酸氫銨和硫酸銨）的形成機理及危害

約在 320℃以下，SO3和逃逸的氨反應，形成硫酸氫銨和硫酸銨：

NH3 + SO3 + H2O→ NH4HSO4

2NH3 + SO3 + H2O →（NH4）2SO4

這些物質從煙氣中凝結并沉積，可以使脫硝催化劑失活；造成 SCR脫硝系統的下游設備沾污和腐蝕，增加空氣預熱器的壓降并降低其傳熱性能；使飛灰及脫硫裝置副產物不適合于特定的用途。降低上述影響是將氨逃逸量維持在低水平以及控制燃用含硫燃料鍋爐SCR裝置的SO2氧化率。銨鹽沉積開始的溫度是氨和SO3濃度的函數，為了避免脫硝催化劑沾污，在滿負荷條件下，SCR脫硝系統運行溫度應該維持在 320℃以上。

影響SCR脫硝性能的因素有哪些？

影響SCR脫硝性能的幾個關鍵因素有：反應溫度、煙氣速度、催化劑的類型、結構和表面積以及煙氣/氨氣的混合效果。

催化劑是SCR脫硝系統中的主要部分，其成分組成、結構、壽命及相關參數直接影響SCR系統的脫硝效率及運行狀況。不同的催化劑適宜的反應溫度也差別各異。反應溫度不僅決定反應物的反應速度，而且決定催化劑的反應活性。如果反應溫度太低，催化劑的活性降低，脫硝效率下降，則達不到脫硝的效果。此外催化劑在低溫下持續運行，還將導致催化劑的永久性損壞。如果反應溫度太高，則NH3容易被氧化，生成NOx的量增加，甚至會引起催化劑材料的相變，導致催化劑的活性退化。在相同的條件下，反應器中的催化劑表面積越大，NOx的脫除效率越高，同時氨的逸出量也越少。

NH3輸入量必須既保證SCR脫硝系統NOx的脫除效率，又保證較低的氨逃逸率。只有氣流在反應器中速度分布均勻及流動方向調整得當，NOx轉化率、氨逃逸率和催化劑的壽命才能得以保證。采用合理的噴嘴格柵，并為氨和煙氣提供足夠長的混合煙道，是使氨和煙氣均勻混合的有效措施，可以避免由于氨和煙氣的混合不均所引起的一系列問題。

廣東綠能環保的SCR脫硝工藝通過總結多年來大量脫硝工程案例的經驗，深入研究SCR脫硝原理，在SCR脫硝催化劑、噴氨格柵等方面均采用優化過的設計參數，針對電廠鍋爐脫硝、垃圾焚燒廠脫硝、工業鍋爐脫硝、燃氣鍋爐脫硝、焦爐脫硝、鋼鐵廠燒結機脫硝、玻璃窯爐脫硝、馬蹄焰窯爐脫硝等均達到90％以上的脫硝率。

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