脫硝技術(shù)介紹

煙氣脫硝技術(shù)介紹及各種方案比較

目前主流的煙氣脫硝技術(shù)有選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）、選擇性催化還原技術(shù)（SCR）和SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)。

SNCR技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)，在800～1250℃這一溫度范圍內(nèi)、無(wú)催化劑作用下，氨水等還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx生成N2和H2O，基本上不與煙氣中的O2作用，據(jù)此發(fā)展了SNCR脫硝技術(shù)。

SNCR煙氣脫硝的主要反應(yīng)為：

NH3為還原劑 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O

SNCR通常采用的還原劑有氨水、氨水和液氨，不同還原劑的比較如表3.1所列。

表3.1 不同還原劑特點(diǎn)

還原劑	特點(diǎn)
尿素	? 安全原料 (化肥) ? 便于運(yùn)輸 ? 脫硝有效溫度窗口較寬 ? 溶解要消耗一定熱量
氨水	? 運(yùn)輸成本較大 ? 需要較大的儲(chǔ)存罐 ? 脫硝有效溫度窗口窄
液氨	? 高危險(xiǎn)性原料 ? 運(yùn)輸和存儲(chǔ)安全性低

從SNCR系統(tǒng)逃逸的氨可能來(lái)自兩種情況，一是噴入的還原劑過(guò)量或還原劑分布不均勻，一是由于噴入點(diǎn)煙氣溫度低影響了氨與NOx的反應(yīng)。還原劑噴入系統(tǒng)必須能將還原劑噴入到爐內(nèi)最有效的部位，如果噴入控制點(diǎn)太少或噴到爐內(nèi)某個(gè)斷面上的氨不均勻，則會(huì)出現(xiàn)分布較高的氨逃逸量。在較大尺寸的鍋爐中，因?yàn)樾枰采w相當(dāng)大的爐內(nèi)截面，還原劑的均勻分布則更困難。為保證脫硝反應(yīng)能充分地進(jìn)行，以最少噴入NH3的量達(dá)到最好的還原效果，必須設(shè)法使噴入的NH3與煙氣良好地混合。若噴入的NH3不充分反應(yīng)，則逃逸的NH3不僅會(huì)使煙氣中的飛灰容易沉積在鍋爐尾部的受熱面上，而且煙氣中NH3遇到SO3會(huì)產(chǎn)生NH4HSO4易造成空氣預(yù)熱器堵塞，并有腐蝕的危險(xiǎn)。因此，SNCR工藝的氨逃逸要求控制在8mg/Nm3以下。圖1.1為典型SNCR脫硝工藝流程圖。

圖1.1 SNCR工藝系統(tǒng)流程圖

SNCR煙氣脫硝過(guò)程是由下面四個(gè)基本過(guò)程組成：

? 還原劑的接收和溶液制備；

? 還原劑的計(jì)量輸出；

? 在鍋爐適當(dāng)位置注入還原劑；

? 還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

SCR技術(shù)

選擇性催化劑還原（SCR）技術(shù)是在煙氣中加入還原劑（最常用的是氨和氨水），在催化劑和合適的溫度等條件下，還原劑與煙氣中的氮氧化物（NOx）反應(yīng)，而不與煙氣中的氧進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成無(wú)害的氮?dú)夂退Ｖ饕磻?yīng)如下：

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O

6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O

在沒(méi)有催化劑的情況下，上述化學(xué)反應(yīng)只是在很窄的溫度范圍內(nèi)（800～1250℃）進(jìn)行。SCR技術(shù)采用催化劑，催化作用使反應(yīng)活化能降低，反應(yīng)可在更低的溫度條件（320～400℃）下進(jìn)行。

對(duì)SCR系統(tǒng)的制約因素隨運(yùn)行環(huán)境和工藝過(guò)程而變化。制約因素包括系統(tǒng)壓降、煙道尺寸、空間、煙氣微粒含量、逃逸氨濃度限制、SO2氧化率、溫度和NOx濃度，都影響催化劑壽命和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。除溫度外，NOx、NH3濃度、過(guò)量氧和停留時(shí)間也對(duì)反應(yīng)過(guò)程有一定影響。

SCR系統(tǒng)一般由氨或氨水的儲(chǔ)存系統(tǒng)、（氨水轉(zhuǎn)化為氨系統(tǒng)）、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、檢測(cè)控制系統(tǒng)等組成。SCR脫硝反應(yīng)器在鍋爐尾部一般有三種不同的布置方式，高塵布置、低塵布置和尾部布置，圖1.2為目前廣泛采用的高塵布置SCR煙氣脫硝系統(tǒng)工藝流程圖。

圖1.2 SCR工藝系統(tǒng)流程(高塵布置)

對(duì)于一般燃煤或燃油鍋爐，SCR反應(yīng)器多選擇安裝于鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間，因?yàn)榇藚^(qū)間的煙氣溫度剛好適合SCR脫硝還原反應(yīng)，氨被噴射于省煤器與SCR反應(yīng)器間煙道內(nèi)的適當(dāng)位置，使其與煙氣充分混合后在反應(yīng)器內(nèi)與氮氧化物反應(yīng)，SCR系統(tǒng)商業(yè)運(yùn)行的脫硝效率約為80%～90%。

SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術(shù)

SNCR/SCR混合技術(shù)是SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術(shù)同SCR工藝?yán)媚┓磻?yīng)氨進(jìn)行催化反應(yīng)結(jié)合起來(lái)，或利用SNCR和SCR還原劑需求量不同，分別分配還原劑噴入SNCR系統(tǒng)和SCR系統(tǒng)的工藝有機(jī)結(jié)合起來(lái)，達(dá)到所需的脫硝效果，它是把SNCR工藝的低費(fèi)用特點(diǎn)同SCR工藝的高脫硝率進(jìn)行有效結(jié)合的一種揚(yáng)長(zhǎng)避短的混合工藝。SNCR/SCR混合工藝的脫硝效率可達(dá)到60～80%，氨的逃逸小于4mg/Nm3。圖1.3為典型的SNCR/SCR混合煙氣脫硝工藝流程。

圖1.3 SNCR/SCR聯(lián)合工藝脫硝流程圖

主要煙氣脫硝技術(shù)的比較

幾種主要煙氣脫硝技術(shù)綜合比較情況如表1.2所列。

表1.2 SCR、SNCR、SNCR/SCR技術(shù)綜合比較

項(xiàng)目	SCR技術(shù)	SNCR技術(shù)	SNCR/SCR技術(shù)
反應(yīng)劑	NH3	氨水或氨水	NH3
反應(yīng)溫度	320～400℃	800～1250℃	前段：800～1000℃， 后段：320～400℃
催化劑	V2O5-WO3/TiO2	不使用催化劑	后段加少量催化劑
脫硝效率	80～90%	30～60%	50～80%
反應(yīng)劑噴射位置	SCR反應(yīng)器入口煙道	爐膛內(nèi)噴射	鍋爐負(fù)荷不同噴射位置也不同
SO2/SO3氧化	SO2氧化成SO3的氧化率<1%	不會(huì)導(dǎo)致SO2氧化，SO3濃度不增加	SO2氧化較SCR低
NH3逃逸	<2.5 mg/m3	<8 mg/m3	<4 mg/m3
對(duì)空氣預(yù)熱器影響	NH3與SO3易形成硫酸氫銨，需控制NH3泄漏量和SO2氧化率，并對(duì)空預(yù)器低溫段進(jìn)行防腐防堵改造。	SO3濃度低，造成堵塞或腐蝕的機(jī)率低	硫酸氫銨的產(chǎn)生較SCR低，造成堵塞或腐蝕的機(jī)率比SCR低
系統(tǒng)壓力損失	新增煙道部件及催化劑層造成壓力損失	沒(méi)有壓力損失	催化劑用量較SCR小，產(chǎn)生的壓力損失較低
燃料及其變化的影響	燃料顯著地影響運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)灰份增加和灰份成分變化敏感，灰份磨耗催化劑，堿金屬氧化物劣化催化劑，AS、S等使催化劑失活。	基本無(wú)影響	影響與SCR相同。由于催化劑較少，更換催化劑的總成本較SCR低
鍋爐負(fù)荷變化的影響	SCR反應(yīng)器布置需優(yōu)化，當(dāng)鍋爐負(fù)荷在一定范圍變化時(shí)，進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度處于催化劑活性溫度區(qū)間。	多層布置時(shí)，跟隨負(fù)荷變化容易	跟隨負(fù)荷變化中等
工程造價(jià)	高	低	較高