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鍋爐SCR煙氣脫硝技術的相關知識
來源：上海集聯自動化技術有限公司 │ 發表時間：2020-08-04 | 瀏覽數：載入中...
鍋爐SCR煙氣脫硝技術的相關知識
什么是SCR煙氣脫硝技術?
SCR煙氣脫硝技術即選擇性催化還原技術(SelectiveCatalyticReduction，簡稱SCR)，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。由于NH3具有選擇性，只與NOx發生反應，基本不與O2反應，故稱為選擇性催化還原脫硝。在通常的設計中，使用液態純氨或氨水(氨的水溶液)，無論以何種形式使用氨，首先使氨蒸發，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法的優點有哪些?
SCR法是國際上應用最多、技術最成熟的一種煙氣脫硝技術。該法的優點是：由于使用了催化劑，故反應溫度較低;凈化率高，可高達85%以上;工藝設備緊湊，運行可靠;還原后的氮氣放空，無二次污染。
SCR法的缺點有哪些?
SCR法存在一些明顯的缺點：煙氣成分復雜，某些污染物可使催化劑中毒;高分散度的粉塵微粒可覆蓋催化劑的表面，使其活性下降;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;投資與運行費用較高。
SCR系統里的NOx是如何被反應的?
在SCR反應器內，NO通過以下反應被還原：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O當煙氣中有氧氣時，反應第一式優先進行，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+6H2O6NO2+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脫硝法的催化劑如何選擇?
SCR法中催化劑的選取是關鍵因素，對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、鐵等金屬作為催化劑的SCR法必須首先進行煙氣除塵和脫硫;或者是選用不易受骯臟煙氣污染和腐蝕等影響的，同時要具有一定的活性和耐受一定溫度的催化劑，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℃。
如何保證SCR系統NOx脫除效率?
SCR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。
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+6H2O4NH3+3O2→2N2+6H2O2NH3+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。一般認為在釩催化劑上，當溫度超過399℃時，氨的氧化對脫硝過程才有顯著影響。
其危害：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，可能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工藝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→NH4HSO42NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4
這些物質從煙氣中凝結并沉積，可以使催化劑失活;造成SCR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，為了避免催化劑沾污，在滿負荷條件下，SCR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，NO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。
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