1、职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库选择性催化还原脱硝技术（SCR）一、SCR脱硝技术原理 二、SCR系统组成及工艺流程介绍 三、SCR催化剂的失活及其应对措施 四、SCR烟气脱硝装置问题及优化SCR反应原理与SNCR相同，只是由于使用了催化剂使得反应温度大大降低（300450），从而可以在锅炉的省煤器与空气预热器之间的烟道喷入的NH3、烃类等还原剂在烟气中O2的作用下将NOX快速还原成无害的N2和H2O。1.1 反应机理一、SCR脱硝技术原理主要的化学反应式为：4NH3+4NO+O24N2+6H2O4NH3+6NO5N2+6H2O4NH3+2NO2+O2 3N2+6H2O8NH3+6NO
2、27N2+12H2O当然，还有一些次要反应，反应原理如图1-1所示图1-1 SCR反应原理二、SCR系统组成及工艺流程介绍2.1 系统布置方式2.1.1内部结构SCR工艺的核心装置是脱硝反应器，反应器中的催化剂分上下多层（一般为34层）有序放置。图2-1为典型的SCR反应器内部结构示意图。图2-2为水平和垂直布置的SCR反应器。理论上SCR脱硝装置可以布置在水平烟道或垂直烟道中，但对于燃煤锅炉，一般应布置在垂直烟道中，且气流方向是自上而下的。这是因为烟气中含有大量粉尘，布置在水平烟道中易引起SCR脱硝装置的堵塞。2.1.2总体布置SCR反应器可以安装在锅炉的不同位置，一般分三种情况：1）位于锅
3、炉省煤器和空气预热器之间的高灰SCR系统；2）安装在高温电除尘器之后的低灰SCR系统；3）安装在FGD脱硫塔之后的尾部低温低灰SCR系统。图2-3 SCR反应器的布置方式(a)高灰段布置；图2-3 SCR反应器的布置方式(b)低灰段布置；图2-3 SCR反应器的布置方式(c)尾部烟气段布置；a.高灰段布置SCR反应器布置在省煤器与空气预热器之间，反应温度一般 为300400，适合催化剂的运行温度，但此时烟气中所含有的全部飞灰和二氧化硫均通过催化剂反应器，催化剂的寿命会大大缩短；影响催化剂寿命的因素有：（1）烟气中所携带的飞灰中含有的Na、Ca、Si、As等成分会使催化剂中毒；（2）飞灰对SCR
4、反应器的磨损；（3）飞灰将SCR反应器蜂窝状通道堵塞；（4）如烟气温度升高，会将催化剂烧结，或使之再结晶失效；如烟气温度降低，NH3会与SO3反应生成硫酸铵，从而堵塞SCR反应器通道和污染空气预热器；（5）高活性的催化剂会促使烟气中的SO2氧化成SO3。b.低灰段布置反应器布置在静电除尘器之后，这时温度一般为300400。烟气先经过电除尘器，再进入SCR反应器，这样可以防止烟气中的飞灰污染催化剂、磨损或堵塞反应器，但烟气中的SO3始终存在，因此烟气中的NH3和SO3反应生成硫酸铵而发生堵塞的可能性仍然存在。采用该方案的最大问题是，静电除尘器无法在300400的温度下正常运行，因此很少采用。c.
5、尾部烟气段布置SCR反应器布置在烟气脱硫装置（FGD）后，催化剂将完全工作在无尘、无二氧化硫的“干净”烟气中。当催化剂在干净烟气中工作时，其工作寿命可达高灰段催化剂使用寿命的两倍。该布置方式的主要问题是将反应器布置在湿式FGD脱硫装置后，而低温SCR催化剂还没有达到工程应用的程度，其排烟温度仅为5060，因此，为使烟气在进入SCR反应器前达到所需要的反应温度，需要再烟道内加装燃油或天然气的燃烧器，或蒸汽加热的换热器以加热烟气，从而增加了能源消耗和运行费用。图2-4所示为SCR烟气脱硝系统简图。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。省煤器旁路、SCR旁路、检测
6、控制系统等组成。2.2 系统组成及典型工艺流程图2-4 SCR脱硝系统工艺流程：1）自氨制备区来的氨气与稀释风机来的空气在氨/空气混合器内充分混合；2）混合气体进入位于烟道内的氨喷射格栅，喷入烟道后，或再通过静态混合器与烟气充分混合，然后进入SCR反应器，SCR反应器操作温度可到300400。温度测量点位于SCR反应器进口，当烟气温度在300400范围以外时，温度信号将自动关闭氨进入氨/空气混合器的快速切断阀。3）氨与NOx在反应器内，在催化剂的作用下反应生成N2和H2O。N2和H2O随着烟气进入空气预热器。在SCR进口设置NOx、O2温度监视分析仪，在SCR出口设置NOx、O2、NH3温度监
7、视分析仪。NH3温度监视分析仪监视NH3的逃逸浓度小于规定值，超过则报警并自动调节NH3注入量。4）在氨气进气装置分管阀后设有氮气预留阀及接口，在停工检修时用于吹扫管内氨气。5）SCR反应器内设置蒸汽（耙式）吹灰器或声波吹灰器，吹扫介质一般为蒸汽，根据SCR反应器压差决定吹扫。6）在氨存储和制备区，液氨通过卸料软管由槽车内进入液氨储罐。卸车时，储罐内的气体经压缩机加压后进入槽车，槽车内的液体被压入液氨储罐。液氨储罐液位到达高位时自动报警并与进料阀及压缩机电动机连锁，切断进料阀及停机压缩机运行。储罐内的液氨通过出料管至气化器，蒸汽加热后气化为氨气。氨蒸气被送往SCR反应器处以供使用。典型的SCR
8、工艺流程图如2-5所示。图2-5 典型的SCR系统工艺流程三、SCR催化剂的失活及其 应对措施 催化剂在使用过程中，因某些物理和化学作用破坏了催化剂原有的组织和构造，催化剂会降低或丧失活性，这种现象称为催化剂衰退或催化剂失活。例如反应物中的某些杂质与催化剂作用或覆盖于催化剂表面，会使催化剂中毒，导致催化剂衰退。有些催化剂失活后可以用特定的方法处理，使催化剂再生，重新恢复催化活性；有些催化剂失活后不能再生。但所有的催化剂都有一定的使用期限，称为催化剂寿命。催化剂的失活主要有化学失活和物理失活，失活的主要影响因素包括催化剂成分、结构、反应传质速率、反应扩散速率、烟气温度、烟气成分、灰分等。典型的S
9、CR催化剂化学失活主要是由砷、碱金属、金属氧化物等引起的催化剂中毒。碱金属吸附在催化剂的毛细孔表面，金属氧化物如MgO、CaO、Na2O、K2O等使催化剂中毒，在催化剂活性位置与其他物质发生了反应，主要是由于中和催化剂表面吸附的SO2生成硫化物而造成的。砷（As）中毒是烟气中的气态三氧化二砷（As2O3）与催化剂结合引起的。As2O3扩散进入催化剂表面及堆积在催化剂小孔中，然后在催化剂的活性位置与其他物质发生反应，砷在催化剂表面堆积，引起催化剂活性降低。3.1 化学失活催化剂物理失活主要是指由于高温烧结、磨损和固化微粒沉积堵塞而引起催化剂活性损坏。煤的特性对催化剂的组成、毛细孔尺寸、孔隙和体积
10、有很大影响，并影响到催化剂寿命。催化剂的磨蚀主要是由飞灰撞击引起的，磨蚀强度与气流速度、飞灰特性、撞击角度及催化剂本身特性有关。催化剂的堵塞主要是由于铵盐及飞灰的小颗粒沉积在催化剂小孔中，阻碍了NOx、NH3、O2到达催化剂活性表面，引起催化剂钝化。图3-1为现场检修时的部分小孔堵塞的蜂窝状催化剂照片图。3.2 物理失活图3-1 堵塞的催化剂（蜂窝）对于砷中毒来说，可以使用燃料添加剂，如石灰石、MoO3等，以MoO3与气相As2O3反应来减少砷中毒；碱金属中毒则是与催化剂直接接触的Na、K等碱金属在催化剂活性位置与其他物质发生反应，对于大多数应用来说，避免水蒸气的凝结便可排除此类危险；飞灰中游
11、离CaO与SO3反应形成的CaSO4可吸附在催化剂表面，从而阻止了反应物向催化剂表面扩散并进入催化剂内部，可通过控制催化剂内部孔径分布和采用适当节距等方法来减少CaSO4对催化剂的影响。3.3 应对措施物理失活中的高温烧结现象可采用退火处理来避免；催化剂堵塞可通过调节气流分布，并使SCR反应器温度维持在铵盐反应温度之上来解决；对于催化剂磨损，反应器设计时应当提高烟气流动方向性，适当降低烟气流速；催化剂选择时应当选用硬度比较高的催化剂并且尽量提高边缘硬度，利用CFD流动模型优化气流分布，在垂直催化剂床层安装气流调节装置等措施能有效降低催化剂的磨蚀失活。四、SCR烟气脱硝装置问题及 优化4.1主要
12、问题（1）催化剂层积灰严重。脱硝入口烟道由于烟道尺寸小、风速高、导流板受力大，加上烟气中含粉尘量大，对导流板及烟道支撑均产生严重磨损。而导流板的损坏则导致进入喷氨层烟气流场流速偏差大，则又导致喷氨层各部位喷氨量不能均匀混合，从而降低脱硝效率。（2）催化剂模块密封板变形、部分催化剂堵灰。4.2优化处理（1）脱硝出口加装烟气取样枪。一般的脱硝出口取样均在尾部水平烟道上，此处位置不能正确的反映催化剂各个部位的真实情况。而由于脱硝催化剂层烟道纵深有近9m，所以只用一般的采样枪无法对催化剂下部的烟气流场和烟气成分按照网格法进行细致的划分取样，不能正确地反映催化剂各个位置的使用情况，因此需要在催化剂最底层加装多台取样枪。（2）加装除湿机。因为变硬的灰尘颗粒会堵塞催化剂表面及内部微孔，导致催化剂活性降低。（3）定期试验，对入口烟气流速进行测量，对喷氨阀门进行调整。定期试验可以找到系统存在的隐性缺陷，比如说导流板损坏造成的流速不均等。（4）锅炉设计时应考虑脱硝的投运温度。（5）烟道导流板加强，入口支撑采用防磨护板，各易磨损部位采用补强。（6）液氨罐密封材料定期更换，比如一个大修周期全部解体更换。螺栓采用不锈钢螺栓。不能采用冷热变形过大的密封材料。谢谢大家！Thanks!
