选择性催化还原技术(SCR)

SCR反应机理

SCR脱硝系统是向催化剂上游的烟气中喷入氨气或其它合适的还原剂、利用催化剂将烟气中的NOX转化为氮气和水。在通常的设计中，使用液态无水氨或氨水（氨的水溶液），无论以何种形式使用氨，首先使氨蒸发，然后氨和稀释空气或烟气混合，最后利用喷氨格栅将其喷入SCR反应器上游的烟气中。

图为SCR反应原理示意图。

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，反应式优*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NO_X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。

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

SCR系统NO_X脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎*和NO_X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NO_X脱除率，就必须增加反应器中NH₃/NO_X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。

SCR系统组成及反应器布置

下图为典型SCR烟气脱硝工艺系统简图，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、检测控制系统等组成。

典型SCR烟气脱硝工艺系统简图

SCR脱硝还原剂的选择

SCR系统中要利用还原剂与NOx 反应来达到脱硝目的，目前一般采用液氨、尿素或氨水。液氨是一种可压缩性液化有毒气体，当储存量超过100 吨时，则属于重大危险源。尿素是由液氨制造的农用肥料，其结晶体呈白色或浅黄色，吸湿性较强，易溶于水。利用尿素作为脱硝还原剂时需要利用专门的设备将尿素转化为氨，尿素制氨方法主要有水解法和热解法两种。

催化剂

在SCR工艺系统中,催化剂是重要组成部分,它的性能直接影响到SCR系统的整体脱硝效果,催化剂也是整个工艺设备中成本的一部分。催化剂的选型根据实际情况确定。

SCR 的分类一般有3 种：其一是按照SCR 所使用的催化剂种类而分；其二是依据SCR 反应器内填装的催化剂所适用的烟气温度条件不同进行分类；第三种是依据SCR 装置所布设的位置进行分类。按照催化剂进行划分，主要依据的是组成SCR 工艺的主体部分催化剂的催化成份和载体类别进行分类，SCR 工艺可以分为：负载贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和其它高活性载体催化剂。在这三类催化剂中，负载贵金属的催化剂是SCR 工艺初期和现在机动车尾气所主要采用的催化剂，其突出的优点是催化剂稳定性和抗毒性好，低温活性较好；但选择性相对来说不是很好，且价格较高。过渡金属氧化物催化剂是目前应用较为广泛的一类催化剂，尤其是在电厂和工业锅炉的烟气治理过程中应用更多，其优点是具有价格合理，较高的选择性和热稳定性；但是烟气存在的二氧化硫等物质仍然可以降低催化剂的活性和使用寿命。同时正在开发一些催化剂，包括应用于高温SCR 中的分子筛和应用于低温SCR 的活性炭纤维载体及催化剂。

按照催化剂适用的烟气温度条件分类，一般按照不同的温度使用窗口可以将SCR 工艺分为：高温、中温、低温三种不同的SCR 工艺。高温SCR 一般指的是催化剂的适用温度在450～600 ℃及以上，中温SCR 是指催化剂的适用温度在320～450 ℃，而低温SCR是指催化剂的适用温度在120～300 ℃。目前商业上应用比较广泛的是运行温度处于320～450 ℃的中温催化剂，该催化剂以TiO2 为载体，上面负载钒、钨和钼等主催化剂或助催化剂。在中温情况下（300～400 ℃），钒的氧化物对NO的催化转化率较高，但容易把烟气中的二氧化硫氧化形成三氧化硫，再与氨反应形成硫氨化合物，粘附在催化剂表面使催化剂中毒。但最近公布的研究资料表明，在低温的SCR系统中，钒的氧化物不仅具有一定的脱硝效率，而且对于低浓度的SO₂具有较好的抗毒作用。低温催化剂可以布置在烟气除尘后的低尘区，减少了高尘对催化剂的磨损，使用寿命相对较长，且对于老厂改造情况下更方便布置。

低温SCR工艺是一种同时具有良好环境效果和经济效益的烟气处理工艺，*符合我们在追求环境效率时同时追求的低投入、低消耗的期望。因此，不难看出低温SCR工艺是一个很值得发展的烟气净化工艺，也将是SCR工艺发展的必然趋势。

尿素热解制氨技术

在SCR系统（选择性催化还原脱硝工艺）中，利用还原剂--氨气和NOx反应来达到脱硝的目的，目前成熟的还原剂制备工艺有液氨法、氨水法、尿素水解法、尿素热解法。

采用液氨法和氨水法制备还原剂具有工艺简单、能耗低、维护方便等特点，但液氨和氨水都是有毒物质，其运输和储存都属于重大危险源，具有较大的安全风险。使用液氨法作为还原剂时，在设计安全规范、运输线路许可、储存的安全评价及环评认证等支持性文件，并在相关管理部门进行危险化学品使用登记；
采用尿素制备还原剂时，从尿素的运输、储存及最终制成还原剂都非常安全，虽然工艺相对复杂、投资运行费用相对高，但能够确保氨来源的安全可靠。在较大城市、人口密集、和靠近饮用水源的地方，越来越多的电厂脱硝系统开始倾向于选用安全的尿素作为还原剂。

出于发展脱硝技术，降低脱硝成本，同时确保脱硝系统安全使用的目的，我公司致力于开发自有知识产权的尿素热解制氨技术，目前该技术已获得国家局批准，并已应用于100MW～600MW机组脱硝装置，成功案例表明，该技术各项技术指标稳定可靠。

我公司的尿素热解制氨技术利用高温空气或烟气作为热源，将雾化的尿素水溶液迅速分解为氨气，低浓度的氨气作为还原剂进入烟道与烟气混合后进入SCR反应器，在催化剂的作用下将氮氧化物还原成无害的氮气和水。

尿素热解制氨系统一般包括尿素储备间、斗提机、尿素溶解罐和储罐、给料泵、尿素溶液循环传输装置、电加热器、计量分配装置、绝热分解室（内含喷射器）、控制装置等设备。

袋装尿素颗粒储存于尿素储备间，由斗提机输送到溶解罐里，用去离子水将干尿素溶解成质量浓度40%~60%的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐。空预器提供的热一次风通过电加热装置（或直接采用空气加热，也可使用燃油、天然气、高温蒸汽等各种热源）加热到600℃左右进入绝热分解室。尿素溶液经由循环传输装置、计量分配装置、雾化喷嘴等以雾化状态进入绝热分解室内高温下分解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物通过氨气喷射格栅喷入脱硝系统前端烟道。

控制装置保证还原剂的供应量满足锅炉不同负荷与脱硝效率的要求。

技术特点：

Ø 使用安全的尿素，且易于运输和储存，无危险源建设、运行、管理的困扰；

Ø 占地面积小，周围不需要大距离的防火安全间距；

Ø 与尿素水解相比，投资与运行费用相当，但不需要压力容器，安全性更高

Ø 精确计量，调节控制容易，响应速度更快；

Ø 分解*，热解炉能将尿素溶液*分解为还原剂；

Ø 热源可根据现场实际情况选择性的组合。

SNCR/SCR混合型

SNCR/SCR两种脱硝工艺联合应用，适用于脱硝效率要求高、用地紧张的中小型燃煤锅炉。

尿素SNCR-SCR联合工艺

在过热蒸汽、搅拌作用下，在尿素溶解罐内将颗粒尿素溶解成质量浓度为50%的尿素溶液（一次溶解量满足厂区所有锅炉BMCR工况下1-2天的用量）；②将50%尿素溶液输送至尿素溶液稀释计量罐，计量稀释至5%～10%(一次稀释量满足厂区所有锅炉BMCR工况下8小时的用量)；③将尿素溶液稀释计量罐内5%～10%尿素溶液转移至尿素溶液储存罐（储量满足厂区所有锅炉BMCR工况下24小时的用量），作为系统喷射用的还原剂；④利用尿素输送循环模块将5%～10%尿素溶液输送至尿素溶液分配喷射模块，在压缩空气供应模块提供的压缩空气作用下形式微细喷雾进入炉膛850-1100℃区域；⑤在高温作用下，微细液雾快速气化热解成NH₂、CO，并与烟气中的NOx反应生成N₂、H₂O；⑥炉膛区未参与反应的NH₂随烟气进入后续设施，在500-600℃的温度区域内通过尿素溶液分配喷射模块补充喷入尿素溶液，为SCR反应器提供适量的还原剂，在脱硝催化剂的作用下，NH₂将NOx氧化成N₂、H₂O，达到净化NOx的目的。还原剂喷射量由尿素溶液分配喷射模块中的电动调节阀联合控制，其调节信号来自控制系统的综合运算，运算的主要参数包括：锅炉类型、锅炉负荷、煤质参数、排放浓度限值。

脱硝技术比较

研发新产品

经过多年在脱硝治理领域中实践，我公司已具备一定的研发和生产能力，具有自己的研发队伍和生产基地，长期为用户提供以下脱硝工程相配套的产品。

低温催化剂

技术参数：起燃温度160℃、工作温度165～200℃、温度185℃；空速4000～6000 h-1；寿命2～3年（每年运行330天，每天运行24小时）；催化效率>80%、SO2氧化率<1%、氨逃逸率<5 mg/Nm3。

适用范围：尾端烟气SCR脱硝工程（进入SCR反应塔烟气的烟尘、二氧化硫浓度达到相关环保要求）。