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选择性催化还原法

烟气脱硝技术

选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3、液氨、尿素）来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。首先由美国的Engelhard公司发现并于1957年申请专利，后来日本在该国环保政策的驱动下，成功研制出了现今被广泛使用的V2O5/TiO2催化剂，并分别在1977年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运用。SCR技术对锅炉烟气NOx控制效果十分显著、技术较为成熟，已成为世界上应用最多、最有成效的一种烟气脱硝技术。合理的布置及温度范围下，可达到80~90%的脱除率。在我国，利用SCR进行烟气脱硝的工作才刚刚起步。

化学机理
在SCR脱硝过程中，通过加氨可以把NOx转化为空气中天然含有的氮气(N2)和水(H2O)，其主要的化学反应如下：
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
在没有催化剂的情况下，上述化学反应只在很窄的温度范围内（850～1100℃）进行，采用催化剂后使反应活化能降低，可在较低温度（300～400℃）条件下进行。而选择性是指在催化剂的作用和氧气存在的条件下，NH3优先与NOx发生还原反应，而不和烟气中的氧进行氧化反应。国内外SCR系统多采用高温催化剂，反应温度在315~400℃。
影响因素
影响反应过程的因素
反应温度
反应温度不仅决定反应物的反应速度 , 而且决定催化剂的反应活性 。 一般来说 , 反应温度越高 , 反应速度越快 , 催化剂的活性也越高 , 这样单位反应所需的反应空间小 , 反应器体积变小。 综合反应物加热 、 系统控制及催化剂的适应温度范围 , SCR系统温度常设定在320一420℃之间。
空间速度
空间速度是SCR的一个关键设计参数 , 它是烟气(标准状态下的湿烟气)在催化剂容积内的停留时间尺度 , 在某种程度上决定反应物是否完全反应 , 同时也决定着反应器催化剂骨架的冲刷和烟气的沿程阻力 。 空间速度大 , 烟气在反应器内的停留时间短 , 则反应有可能不完全 , 这样氨的逃逸量就大 , 同时烟气对催化剂骨架的冲刷也大。 对于固态排渣炉高灰段布置的SCR反应器 , 空间速度选择一般是(2500 ~ 3500) h。 华夏电力公司篙屿电厂采用的SCR反应器烟气速度为5.55 m/s (380℃时 ) 。
烟气流型
烟气流型的优劣决定着催化剂的应用效果 , 合理的烟气流型不仅能较高地利用催化剂 , 而且能减少烟气的沿程阻力。 在工程设计中必须重视烟气的流场 , 喷氨点应具有湍流条件以实现与烟气的最佳混合 , 形成明确的均项流动区域。
催化剂
催化剂的类型、 结构和表面积催化剂是SCR系统中最关键的部分，其类型、 结构和表面积对脱除NOx效果均有很大影响。
工艺流程
典型SCR主要工艺流程为：还原剂（液氨）用罐装卡车运输，以液体状态储存于氨罐中；液态氨在注入SCR系统烟气之前经由蒸发器蒸发汽化；汽化的氨和稀释空气混合，通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中；充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，去除NOx。
SCR的基本操作运行过程主要包括以下几个步骤：
（1）氨的准备与储存。
（2）氨的蒸发并与预混空气相混合。
（3）氨与空气的混合气体在反应器前的适当位置喷入烟气系统中，其位置通常在反应器入口附近的烟道中。
（4）喷入的混合气体与烟气的混合。
（5）各反应物向催化剂表面的扩散并进行反应。
SCR的其它辅助设备和装置主要包括SCR反应器的入口和出口的管路系统，SCR的旁路管路、吹灰装置、省煤器旁路管路系统，以及增加脱硝装置后需要升级成更换的尾部引风机。
特点
SCR技术具有以下特点。
①NOx脱除效率高
据有关文献记载及工程实例监测数据，SCR法一般的NOx脱除效率可维持在70%-90%，一般的NOx出口浓度可降低至100mg/m左右，是一种高效的烟气脱硝技术。
②二次污染小
SCR法的基本原理是用还原剂将NOx还原为无毒无污染的N2和H2O，整个工艺产生的二次污染物质很少。
③技术较成熟，应用广泛
SCR烟气脱硝技术已在发达国家得到较多应用。如德国，火力发电厂的烟气脱硝装置中SCR法大约占95%。在我国已建成或拟建的烟气脱硝工程中采用的也多是SCR法。
④投资费用高，运行成本高
以我国第一家采用SCR脱硝系统的火电厂—福建漳州后石电厂为例，该电厂600MW机组采用日立公司的SCR烟气脱硝技术，总投资约为1.5亿人民币。除了一次性投资外，SCR工艺的运行成本也很高，其主要表现在催化剂的更换费用高、还原剂（液氨、氨水、尿素等）消耗费用高等。
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