選擇性催化還原技術(SCR)
SCR反應機理
SCR脫硝系統(tǒng)是向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它合適的還原劑、利用催化劑將煙氣中的NOX轉化為氮氣和水。在通常的設計中，使用液態(tài)無水氨或氨水（氨的水溶液），無論以何種形式使用氨，首先使氨蒸發(fā)，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。
圖為SCR反應原理示意圖。
在SCR反應器內，NO通過以下反應被還原：
4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
當煙氣中有氧氣時，反應式優(yōu)*行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對一的關系。
在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的NOX濃度的5%，NO2參與的反應如下：
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
上面兩個反應表明還原NO2比還原NO需要更多的氨。
在絕大多數(shù)鍋爐的煙氣中，NO2僅占NOX總量的一小部分，因此NO2的影響并不顯著。
SCR系統(tǒng)NOX脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎*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催化劑以恢復催化劑的活性和反應器性能。從新催化劑開始使用到被更換這段時間稱為催化劑壽命。
SCR系統(tǒng)組成及反應器布置
下圖為典型SCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)簡圖，SCR系統(tǒng)一般由氨的儲存系統(tǒng)、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應器系統(tǒng)、檢測控制系統(tǒng)等組成。
典型SCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)簡圖
SCR脫硝還原劑的選擇
SCR系統(tǒng)中要利用還原劑與NOx 反應來達到脫硝目的，目前一般采用液氨、尿素或氨水。液氨是一種可壓縮性液化有毒氣體，當儲存量超過100 噸時，則屬于重大危險源。尿素是由液氨制造的農用肥料，其結晶體呈白色或淺黃色，吸濕性較強，易溶于水。利用尿素作為脫硝還原劑時需要利用專門的設備將尿素轉化為氨，尿素制氨方法主要有水解法和熱解法兩種。
催化劑
在SCR工藝系統(tǒng)中,催化劑是重要組成部分,它的性能直接影響到SCR系統(tǒng)的整體脫硝效果,催化劑也是整個工藝設備中成本的一部分。催化劑的選型根據(jù)實際情況確定。
SCR 的分類一般有3 種：其一是按照SCR 所使用的催化劑種類而分；其二是依據(jù)SCR 反應器內填裝的催化劑所適用的煙氣溫度條件不同進行分類；第三種是依據(jù)SCR 裝置所布設的位置進行分類。按照催化劑進行劃分，主要依據(jù)的是組成SCR 工藝的主體部分催化劑的催化成份和載體類別進行分類，SCR 工藝可以分為：負載貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑和其它高活性載體催化劑。在這三類催化劑中，負載貴金屬的催化劑是SCR 工藝初期和現(xiàn)在機動車尾氣所主要采用的催化劑，其突出的優(yōu)點是催化劑穩(wěn)定性和抗毒性好，低溫活性較好；但選擇性相對來說不是很好，且價格較高。過渡金屬氧化物催化劑是目前應用較為廣泛的一類催化劑，尤其是在電廠和工業(yè)鍋爐的煙氣治理過程中應用更多，其優(yōu)點是具有價格合理，較高的選擇性和熱穩(wěn)定性；但是煙氣存在的二氧化硫等物質仍然可以降低催化劑的活性和使用壽命。同時正在開發(fā)一些催化劑，包括應用于高溫SCR 中的分子篩和應用于低溫SCR 的活性炭纖維載體及催化劑。
按照催化劑適用的煙氣溫度條件分類，一般按照不同的溫度使用窗口可以將SCR 工藝分為：高溫、中溫、低溫三種不同的SCR 工藝。高溫SCR 一般指的是催化劑的適用溫度在450～600 ℃及以上，中溫SCR 是指催化劑的適用溫度在320～450 ℃，而低溫SCR是指催化劑的適用溫度在120～300 ℃。目前商業(yè)上應用比較廣泛的是運行溫度處于320～450 ℃的中溫催化劑，該催化劑以TiO2 為載體，上面負載釩、鎢和鉬等主催化劑或助催化劑。在中溫情況下（300～400 ℃），釩的氧化物對NO的催化轉化率較高，但容易把煙氣中的二氧化硫氧化形成三氧化硫，再與氨反應形成硫氨化合物，粘附在催化劑表面使催化劑中毒。但最近公布的研究資料表明，在低溫的SCR系統(tǒng)中，釩的氧化物不僅具有一定的脫硝效率，而且對于低濃度的SO2具有較好的抗毒作用。低溫催化劑可以布置在煙氣除塵后的低塵區(qū)，減少了高塵對催化劑的磨損，使用壽命相對較長，且對于老廠改造情況下更方便布置。
低溫SCR工藝是一種同時具有良好環(huán)境效果和經濟效益的煙氣處理工藝，*符合我們在追求環(huán)境效率時同時追求的低投入、低消耗的期望。因此，不難看出低溫SCR工藝是一個很值得發(fā)展的煙氣凈化工藝，也將是SCR工藝發(fā)展的必然趨勢。
尿素熱解制氨技術
在SCR系統(tǒng)（選擇性催化還原脫硝工藝）中，利用還原劑--氨氣和NOx反應來達到脫硝的目的，目前成熟的還原劑制備工藝有液氨法、氨水法、尿素水解法、尿素熱解法。
采用液氨法和氨水法制備還原劑具有工藝簡單、能耗低、維護方便等特點，但液氨和氨水都是有毒物質，其運輸和儲存都屬于重大危險源，具有較大的安全風險。使用液氨法作為還原劑時，在設計安全規(guī)范、運輸線路許可、儲存的安全評價及環(huán)評認證等支持性文件，并在相關管理部門進行危險化學品使用登記；
采用尿素制備還原劑時，從尿素的運輸、儲存及最終制成還原劑都非常安全，雖然工藝相對復雜、投資運行費用相對高，但能夠確保氨來源的安全可靠。在較大城市、人口密集、和靠近飲用水源的地方，越來越多的電廠脫硝系統(tǒng)開始傾向于選用安全的尿素作為還原劑。
出于發(fā)展脫硝技術，降低脫硝成本，同時確保脫硝系統(tǒng)安全使用的目的，我公司致力于開發(fā)自有知識產權的尿素熱解制氨技術，目前該技術已獲得國家局批準，并已應用于100MW～600MW機組脫硝裝置，成功案例表明，該技術各項技術指標穩(wěn)定可靠。
我公司的尿素熱解制氨技術利用高溫空氣或煙氣作為熱源，將霧化的尿素水溶液迅速分解為氨氣，低濃度的氨氣作為還原劑進入煙道與煙氣混合后進入SCR反應器，在催化劑的作用下將氮氧化物還原成無害的氮氣和水。
尿素熱解制氨系統(tǒng)一般包括尿素儲備間、斗提機、尿素溶解罐和儲罐、給料泵、尿素溶液循環(huán)傳輸裝置、電加熱器、計量分配裝置、絕熱分解室（內含噴射器）、控制裝置等設備。
袋裝尿素顆粒儲存于尿素儲備間，由斗提機輸送到溶解罐里，用去離子水將干尿素溶解成質量濃度40%~60%的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐。空預器提供的熱一次風通過電加熱裝置（或直接采用空氣加熱，也可使用燃油、天然氣、高溫蒸汽等各種熱源）加熱到600℃左右進入絕熱分解室。尿素溶液經由循環(huán)傳輸裝置、計量分配裝置、霧化噴嘴等以霧化狀態(tài)進入絕熱分解室內高溫下分解，生成NH3、H2O和CO2，分解產物通過氨氣噴射格柵噴入脫硝系統(tǒng)前端煙道。
控制裝置保證還原劑的供應量滿足鍋爐不同負荷與脫硝效率的要求。
技術特點：
Ø 使用安全的尿素，且易于運輸和儲存，無危險源建設、運行、管理的困擾；
Ø 占地面積小，周圍不需要大距離的防火安全間距；
Ø 與尿素水解相比，投資與運行費用相當，但不需要壓力容器，安全性更高
Ø 精確計量，調節(jié)控制容易，響應速度更快；
Ø 分解*，熱解爐能將尿素溶液*分解為還原劑；
Ø 熱源可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇性的組合。
SNCR/SCR混合型
SNCR/SCR兩種脫硝工藝聯(lián)合應用，適用于脫硝效率要求高、用地緊張的中小型燃煤鍋爐。
尿素SNCR-SCR聯(lián)合工藝
在過熱蒸汽、攪拌作用下，在尿素溶解罐內將顆粒尿素溶解成質量濃度為50%的尿素溶液（一次溶解量滿足廠區(qū)所有鍋爐BMCR工況下1-2天的用量）；②將50%尿素溶液輸送至尿素溶液稀釋計量罐，計量稀釋至5%～10%(一次稀釋量滿足廠區(qū)所有鍋爐BMCR工況下8小時的用量)；③將尿素溶液稀釋計量罐內5%～10%尿素溶液轉移至尿素溶液儲存罐（儲量滿足廠區(qū)所有鍋爐BMCR工況下24小時的用量），作為系統(tǒng)噴射用的還原劑；④利用尿素輸送循環(huán)模塊將5%～10%尿素溶液輸送至尿素溶液分配噴射模塊，在壓縮空氣供應模塊提供的壓縮空氣作用下形式微細噴霧進入爐膛850-1100℃區(qū)域；⑤在高溫作用下，微細液霧快速氣化熱解成NH2、CO，并與煙氣中的NOx反應生成N2、H2O；⑥爐膛區(qū)未參與反應的NH2隨煙氣進入后續(xù)設施，在500-600℃的溫度區(qū)域內通過尿素溶液分配噴射模塊補充噴入尿素溶液，為SCR反應器提供適量的還原劑，在脫硝催化劑的作用下，NH2將NOx氧化成N2、H2O，達到凈化NOx的目的。還原劑噴射量由尿素溶液分配噴射模塊中的電動調節(jié)閥聯(lián)合控制，其調節(jié)信號來自控制系統(tǒng)的綜合運算，運算的主要參數(shù)包括：鍋爐類型、鍋爐負荷、煤質參數(shù)、排放濃度限值。
項目 | SNCR-SCR聯(lián)合脫硝 | 爐內熱解-SCR脫硝 | 爐外熱解-SCR脫硝 |
還原劑 | 尿素或氨水（尿素為主） | 尿素或氨水（尿素為主） | 尿素 |
反應溫度 | SNCR區(qū)850-1100℃ 補充區(qū)500-600℃ SCR區(qū)300-400℃ | 熱解區(qū)500-600℃ SCR區(qū)300-400℃ | 熱解爐500-600℃ SCR區(qū)300-400℃ |
催化劑成分 | TiO2、V2O5、 WO3 | TiO2、V2O5、 WO3 | TiO2、V2O5、 WO3 |
催化劑層數(shù) | 1+1（效率75-85%） 2+1（效率80-90%） | 1+1（效率60-70%） 2+1（效率70-85%） | 1+1（效率60-70%） 2+1（效率70-85%） |
脫硝效率 | 70-90% | 60-85% | 60-85% |
投資 | 中 | 小 | 大 |
運行成本 | 低 | 較高 | 高 |
綜合指數(shù) （相同效率） | 1 | 0.9 | 0.7 |
應用情況 | 要求脫硝效率≥80%時應用 | 要求脫硝效率60～80%時應用 | 不建議使用 |
脫硝技術比較
項目 | SCR | SNCR/SCR混合型 | SNCR |
還原劑 | 以NH3為主 | 可使用NH3或尿素 | 用NH3或尿紊 |
反應溫度 | 320-400℃ | 前段:850-1100℃， 后段:180-400℃ | 850-1100℃ |
催化劑 | 成份主要為TiO2， V2O5 WO3 | 后段加裝少量催化劑(成份主要為TiO2，V2O5 WO3) | 不使用催化劑 |
脫硝效率 | 70％～90％ | 40％～90％ | 25%～60% |
還原劑噴射位置 | 多選擇于省煤器與SCR反應器間煙道內 | 鍋爐負荷不同噴射位置也不同，通常位于一次過熱器或二次過熱器后端 | 通常在爐膛內噴射，需注意溫度窗口的位置 |
SO2/SO3氧化 | 會導致SO2/SO3氧化 | S02/S03氧化較SCR低 | 不會導致S02/S03氧化 |
NH3逃逸 | 3～5ppm | 5～l0ppm | 10～15ppm |
對空氣預 熱器影響 | NH3與S03易形成NH4HSO4造成堵塞或腐蝕 | SO2/SO３氧化率較SCR低，造成堵塞或腐蝕的機會較SCR低 | 不會導致SO2/SO3的氧化，造成堵塞或腐蝕的機會為三者 |
系統(tǒng)壓力損失 | 催化劑會造成壓力損失 | 催化劑用量較SCR小，產生的壓力損失相對較低 | 沒有壓力損失 |
燃料變化的影響 | 高灰分會磨耗催化劑，堿金屬氧化物會使催化劑鈍化 | 影響與SCR相同 | 無影響 |
鍋爐的影響 | 無 | 爐膛內煙氣流速及溫度分布對脫硝效率影響大 | 與SNCR/SCR混合系統(tǒng)影響相同 |
投資 | 大 | 大 | 中 |
運行成本 | 高 | 較高 | 中 |
適用范圍 | ≥420T/h鍋爐 | ≥420T/h鍋爐 | ≥35T/h鍋爐 |
研發(fā)新產品
經過多年在脫硝治理領域中實踐，我公司已具備一定的研發(fā)和生產能力，具有自己的研發(fā)隊伍和生產基地，長期為用戶提供以下脫硝工程相配套的產品。
低溫催化劑
技術參數(shù)：起燃溫度160℃、工作溫度165～200℃、溫度185℃；空速4000～6000 h-1；壽命2～3年（每年運行330天，每天運行24小時）；催化效率>80%、SO2氧化率<1%、氨逃逸率<5 mg/Nm3。
適用范圍：尾端煙氣SCR脫硝工程（進入SCR反應塔煙氣的煙塵、二氧化硫濃度達到相關環(huán)保要求）。
