1、引言
SCR是英文Selective Catalyst Reduction的縮寫(xiě),既選擇性催化還原法。1957年，美國(guó)Englehard公司首先發(fā)現(xiàn)Nox和NH3之間發(fā)生的選擇性催化反應(yīng)，并申請(qǐng)了專利。*初所應(yīng)用的催化劑是鉑或鉑族金屬，但由于其工作溫度導(dǎo)致爆炸性硝酸銨的形成而不能令人滿意，而當(dāng)時(shí)選用的其它催化劑的活性則偏低,之后，日本隨著國(guó)內(nèi)法規(guī)的日趨嚴(yán)格，一些公司和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究工作，發(fā)展了釩／鈦質(zhì)催化劑，事實(shí)證明是成功有效的，這就形成了目前SCR技術(shù)的基礎(chǔ)。除日本外，西歐的幾個(gè)國(guó)家也對(duì)NOx型的排放制定了法規(guī)，推動(dòng)了SCR技術(shù)的發(fā)展，研究了大量的催化劑的性能，其中德國(guó)做的工作*多，隨后歐洲有了大量的工業(yè)應(yīng)用。在美國(guó)，自1996年Crist電廠SCR裝置示范工程大量工業(yè)試驗(yàn)成功應(yīng)用之后，到1997年，就已經(jīng)有6套裝置安裝。我國(guó)是世界上*大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，原煤占能源消費(fèi)總量的比例高達(dá)70%左右，用于發(fā)電的煤炭約占煤炭總產(chǎn)量的40%。我國(guó)現(xiàn)有火電機(jī)組設(shè)備總體技術(shù)水平落后，性能與世界先進(jìn)水平相比有較大差距，發(fā)電煤耗高；能源利用率低，進(jìn)一步加劇了煤炭燃燒造成的氣體排放及環(huán)境污染。因此以煤為主要能源的清潔煤發(fā)電技術(shù)在我國(guó)的推廣具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)煤燃燒所釋放的SO2占全國(guó)總排放量的87%，NOx占67%，粉塵占60%，CO2占7l%，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，所以常規(guī)煤燃燒設(shè)備的污染問(wèn)題一直是我國(guó)環(huán)境污染治理的重點(diǎn)。為控制燃煤電廠NOx 的排放,國(guó)家環(huán)保總局在2003 年12 月發(fā)布了進(jìn)一步修訂的GB 13223 - 2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,不同時(shí)段的火電廠實(shí)行NOx *高允許排放濃度。從2004年7月開(kāi)始,對(duì)NOx 的排放征收0.60 元/ kg 的排污費(fèi)�；谏鲜鰞牲c(diǎn),今后將會(huì)有更多的電廠采取一些降低NOx 排放的措施,以達(dá)到國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)減少NOx 的排污費(fèi)。
美國(guó)Crist電站脫硝示范工程
2、SCR脫硝工藝的原理和流程
選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)是指在催化劑的作用下，還原劑（液氨）與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)生成無(wú)害的氮和水，從而去除煙氣中的NOx。 選擇性是指還原劑NH3和煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，而不與煙氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。
SCR工藝流程：還原劑 (氨) 用罐裝卡車運(yùn)輸，以液體形態(tài)儲(chǔ)存于氨罐中；液態(tài)氨在注入SCR 系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)由蒸發(fā)器蒸發(fā)氣化；氣化的氨和稀釋空氣混合，通過(guò)噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中；充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應(yīng)器中催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，去除NOx。
3、SCR脫硝工藝主要組成部分
3.1、SCR反應(yīng)器
每臺(tái)鍋爐配置2臺(tái)脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器的截面尺寸根據(jù)鍋爐的大小設(shè)計(jì)，每臺(tái)脫硝反應(yīng)器設(shè)計(jì)成2＋1層催化劑布置方式，其中上層為預(yù)留層。煙氣經(jīng)過(guò)與氨氣均勻混合后垂直向下流經(jīng)反應(yīng)器，反應(yīng)器入口設(shè)置氣流均布裝置，反應(yīng)器主要由里面布置的催化劑、催化劑支撐梁、反應(yīng)器殼體、密封板等組成。
在反應(yīng)器內(nèi)，還原劑（液氨）在催化劑的作用下與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)生成無(wú)害的氮和水，從而去除煙氣中的NOx。
3.2、催化劑
催化劑有貴金屬和普通金屬之分，貴金屬催化劑由于它們和硫反應(yīng)，且價(jià)格昂貴，實(shí)際上不予采用，普通催化劑催化效率不是很高，價(jià)格也比較貴，要求反應(yīng)溫度范圍為300～400℃。比較常用的催化劑含有氧化釩和氧化鈦。
SCR催化劑由陶瓷支架和活性成分（氧化釩，氧化鈦，有時(shí)候還有鎢）組成，現(xiàn)在使用的催化劑性狀主要有兩種：蜂窩形和板形。采用預(yù)制成型的蜂窩型陶瓷，催化劑填充在蜂窩空中或涂刷在基質(zhì)上。采用板形時(shí)在支撐材料外涂刷催化劑。煙氣含塵時(shí)，吸收塔一般是垂直布置，煙氣由上而下流動(dòng)。催化劑布置在2層到4層（或組）催化劑床上，為充分利用催化劑，一般布置3層或4層，同時(shí)提供一個(gè)備用的催化床層。當(dāng)催化劑活性降低時(shí)，在備用層中安裝催化劑。持續(xù)失活后，在旋轉(zhuǎn)基座上更換催化劑，一次只換一層，從頂層開(kāi)始，這種方法可
以充分利用催化劑。吸收塔內(nèi)布置吹灰器，定期吹灰，吹去沉積在催化床上的灰塵。
SCR系統(tǒng)的性能主要由催化劑的質(zhì)量和反應(yīng)條件所決定。在SCR反應(yīng)器中催化劑體積越大，NOx的脫除率越高同時(shí)氨的逸出量也越少，然而 SCR工藝的費(fèi)用也會(huì)顯著增加。
3.3、反應(yīng)器殼體和鋼結(jié)構(gòu)
反應(yīng)器殼體是包含催化劑的外部結(jié)構(gòu)，主要由框架鋼結(jié)構(gòu)、鋼板焊接而形成密閉的空間。為了防止煙氣的散熱，在反應(yīng)器內(nèi)外護(hù)板之間布置保溫材料。
為支撐催化劑，在每層催化劑的下面布置有支撐鋼結(jié)構(gòu)梁，將催化劑模塊成排布置在支撐梁上。
在反應(yīng)器的入口設(shè)置氣流均布裝置，反應(yīng)器內(nèi)部易于磨損的部位設(shè)有防磨措施。內(nèi)部各種加強(qiáng)板及支架均設(shè)計(jì)成不易積灰的型式，同時(shí)將考慮熱膨脹的補(bǔ)償措施。在反應(yīng)器殼體上設(shè)置更換催化劑的門、人孔門和安裝聲波吹灰器的孔。
3.4、煙道系統(tǒng)
煙道分為反應(yīng)器入口煙道和出口煙道二部分。
入口煙道從鍋爐尾部省煤器出口膨脹節(jié)至反應(yīng)器入口為止。在入口煙道上布置有氨噴射裝置、管式混合器、煙氣導(dǎo)流板和灰斗等。
出口煙道從反應(yīng)器出口至鍋爐尾部空預(yù)器入口為止。在出口煙道上布置有煙氣導(dǎo)流板等。
3.5、氨儲(chǔ)存制備供應(yīng)系統(tǒng)
液氨用罐裝卡車運(yùn)輸，以液體形態(tài)儲(chǔ)存于氨儲(chǔ)罐中；液態(tài)氨在注入SCR 系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)由蒸發(fā)器蒸發(fā)氣化，并經(jīng)過(guò)緩沖罐穩(wěn)壓后供應(yīng)反應(yīng)器脫硝使用，這部分工作都是在氨儲(chǔ)存制備供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)完成的。
氨儲(chǔ)存制備供應(yīng)系統(tǒng)主要由卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、氨氣蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽及氨輸送管道等，并備有氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)。
3.6、氨噴射系統(tǒng)
氨噴射系統(tǒng)包括由氣化的氨與稀釋空氣混合，通過(guò)噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中這一工藝過(guò)程。
3.6.1稀釋風(fēng)機(jī)
氨在空氣中的體積濃度達(dá)到16～25%時(shí)，會(huì)形成II類可燃爆炸性混合物。為保證注入煙道的氨與空氣混合物的安全，除控制混合器內(nèi)氨的濃度遠(yuǎn)低于其爆炸下限外，還保證氨在混合器內(nèi)均勻分布，噴入反應(yīng)器入口煙道的氨氣為空氣稀釋后的含5％左右氨氣的混合氣體。所選擇的風(fēng)機(jī)滿足脫除煙氣中NOx*大值的要求，并留有一定的余量。稀釋風(fēng)機(jī)按2臺(tái)100％容量設(shè)置（1運(yùn)1備）。風(fēng)量裕度不低于10%，風(fēng)壓裕度不低于20%。
3.6.2 氨/空氣混合器
為了保證氨氣與稀釋空氣均勻混合，每臺(tái)鍋爐采用2臺(tái)混合器，混合器為隔板式。
3.6.3 氨噴射格柵
氨氣的注入采用格柵式，在管道上布置很多噴嘴，以保證噴入煙道內(nèi)的氨與煙氣均勻分配和混合。在噴射格柵的入口每一區(qū)域分配管道上設(shè)有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)個(gè)個(gè)區(qū)域氨氣的分配。
3.7吹灰系統(tǒng)
SCR反應(yīng)器采用聲波吹灰器，每臺(tái)反應(yīng)器安裝一套聲波吹灰系統(tǒng)。每一層催化劑設(shè)置3臺(tái)吹灰器，一臺(tái)鍋爐共裝有12臺(tái)聲波吹灰器。吹灰控制納入機(jī)組DCS系統(tǒng)。
4、結(jié)束語(yǔ)
SCR法是一項(xiàng)可靠有效的煙氣脫硝技術(shù)。目前，該法在我國(guó)大陸的應(yīng)用還較少，除了SCR裝置投資較高外，*研究機(jī)構(gòu)少也是一個(gè)重要原因。脫硝催化劑的研究開(kāi)發(fā)是SCR法應(yīng)用的關(guān)鍵，希望從事催化劑研究的單位能夠盡快開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良、符合我國(guó)國(guó)情的脫硝催化劑。
