SCR脱硝

什么是SCR烟气脱硝技术？

SCR脱硝（Selective Catalytic Reduction，简称SCR）即选择性催化还原脱硝技术，有时也被称为氨催化还原法脱硝，是向催化剂上游的烟气中喷入氨气或其它合适的还原剂，利用催化剂(铁、钒、铬、钴或钼等碱金属) 在温度为200-450℃时将烟气中的 NOx转化为氮气和水。在通常的设计中，使用液态纯氨或氨水（氨的水溶液）作为SCR脱硝剂，无论以何种形式使用氨，都要首先使氨蒸发，然后氨和稀释空气或烟气混合，最后利用喷氨格栅将其喷入SCR反应器上游的烟气中。SCR脱硝在国内外得到了广泛的应用。

SCR脱硝工艺存在一些明显的缺点：烟气往往成分复杂，某些污染物可使脱硝催化剂中毒；高分散度的粉尘微粒可覆盖催化剂的表面，使其活性下降；SCR脱硝系统中存在一些未反应的NH3和烟气中的SO2作用，生成易腐蚀和堵塞脱硝设备的硫酸氨(NH4)2SO4和硫酸氢氨NH4HSO4,同时还会降低氨的利用率；SCR脱硝设备的投资与运行费用较高，SCR脱硝系统的投资规模和运行成本都远高于SNCR脱硝系统；作为SCR还原剂的液氨属于危化品，在储存和使用方面存在一定的安全隐患；SCR脱硝系统使用液氨或氨水作为脱硝剂（还原剂），都可能因为氨逃逸形成二次污染；SCR脱硝设备必须采用昂贵的催化剂，脱硝催化剂在使用一定时限之后必须返厂再生或者报废；SCR脱硝装置结构相比于SNCR和氧化法都更复杂。但是在过去的十多年间，SCR催化还原法脱硝技术却是大型锅炉（如电厂锅炉）或大型窑炉上应用得较多的脱硝技术，一部分原因在于传统的SNCR脱硝技术应用在大型锅炉和窑炉上的脱硝效率偏低（仅为30%至50%），无法满足客户的达标排放的要求，而以广东绿能环保的ESNCR脱硝为代表的新型选择性非催化还原脱硝技术，和以LN-OX氧化法炉外脱硝为代表的新型氧化法脱硝技术，都是近年出现的新技术。

SCR脱硝对氮氧化物的脱除效率较高（可达90%以上），温度窗口居中（相对于SNCR的高温和氧化法的低温）。在烟气温度不适合其它脱硝工艺时，SCR可能成为唯一的选择；而在某些炉型上采用SCR脱硝，则具有独特的优势。在某些情况下，采用单一脱硝技术无法达标排放，也可以采用SNCR/SCR混合烟气脱硝技术，或者氧化法/SCR混合烟气脱硝技术，或者氧化法/SNCR混合烟气脱硝技术，这几种混合脱硝技术在广东绿能环保都有成功案例。

SCR脱硝技术原理：

在催化剂作用下，向温度约200～450 ℃的烟气中喷入氨，将NOx还原成N₂和H₂O。

SCR的选择性是指在催化剂的作用下，在氧气存在条件下，NH3优先和NOx发生还原脱除反应，生成氮气和水，而不被烟气中的氧气氧化成氮氧化物NOx。SCR脱硝的主要反应式为：

    4NO+4NH₃+O₂-----4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂---3N₂+6H₂O

SCR脱硝工艺的催化剂如何选择？

SCR脱硝工艺中催化剂的选取是关键因素，对脱硝催化剂的要求是活性高、寿命长、经济性好、不产生二次污染。在以氨为还原剂来还原NOx时，虽然过程容易进行，铜、铁、铬、锰等非贵金属都可起到有效的催化作用，但因烟气中含有SO2、尘粒和水雾，对催化反应和催化剂均不利，故采用铜、铁等金属作为脱硝催化剂的SCR脱硝工艺必须首先进行烟气除尘和脱硫；或者选用不易受肮脏烟气污染和腐蚀等影响的，同时具有一定的活性和耐受一定温度的脱硝催化剂，如二氧化钛为基体的碱金属催化剂，其最佳反应温度为300-400℃。脱硝催化剂的不同决定了SCR脱硝温度窗口的不同。

如何保证SCR系统 NOx脱除效率？

SCR脱硝系统 NOx脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和 NOx反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的脱硝催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的 NOx脱除率，就必须增加反应器中 NH3/NOx摩尔比。当不能保证预先设定的脱硝效率和（或）氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的脱硝催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。

SCR脱硝过程中氨的氧化机理及危害？

氨的氧化将一部分氨转化为其它的氮化合物。可能的反应有：

4NH3 + 5O2 → 4NO+ 6H2O

4NH3 + 3O2 → 2N2+ 6H2O

2NH3 + 2O2 → N2O+ 3H2O

影响氨氧化反应的因素有：催化剂成分、烟气中各组分和氨的浓度、反应器温度等。广东绿能环保的实践表明，在钒催化剂上，当温度超过 399℃时，氨的氧化对脱硝过程才有显著影响。

氨氧化的危害：首先，达到给定的 NOx脱除率需要的氨供给率将增加，需要添加额外的还原剂以替换被氧化的氨；第二，氨的氧化减少了催化剂内表面吸附的氨，可能影响 NOx脱除，导致催化剂体积不足；此外，由于氨不是被氧化就是与 NOx反应或者作为氨逃逸从反应器中排出，因此氨的氧化使SCR脱硝过程的物料平衡变得复杂。因此，SCR烟气脱硝系统需要安装氨逃逸的测量仪器。

SCR脱硝过程中SO2氧化的机理及危害？

SCR催化剂的氧化特性使燃用含硫煤的锅炉的脱硝反应器也会将 SO2氧化为 SO3： 2SO2 + O2 → 2SO3 。SO2氧化率受烟气中 SO2浓度、反应器温度、催化剂质量、催化剂的结构设计及配方的影响。SO3的产生率正比于烟气中 SO2的浓度。增加反应温度也会加快 SO2的氧化，当温度超过 371℃时，氧化速率将迅速增加。SO2氧化速率也与反应器中催化剂的体积成正比，因此，为获得高的脱硝效率和低的氨逃逸而设计的反应器也会产生更多的 SO3。

SO3与催化剂组分及烟气组分反应，形成固体颗粒沉积在催化剂表面或内部，缩短催化剂寿命。SCR反应器产生的SO3也增加了烟气中SO3的本底浓度。

SCR脱硝过程中铵盐（如硫酸氢铵和硫酸铵）的形成机理及危害

约在 320℃以下，SO3和逃逸的氨反应，形成硫酸氢铵和硫酸铵：

NH3 + SO3 + H2O→ NH4HSO4

2NH3 + SO3 + H2O →（NH4）2SO4

这些物质从烟气中凝结并沉积，可以使脱硝催化剂失活；造成 SCR脱硝系统的下游设备沾污和腐蚀，增加空气预热器的压降并降低其传热性能；使飞灰及脱硫装置副产物不适合于特定的用途。降低上述影响是将氨逃逸量维持在低水平以及控制燃用含硫燃料锅炉SCR装置的SO2氧化率。铵盐沉积开始的温度是氨和SO3浓度的函数，为了避免脱硝催化剂沾污，在满负荷条件下，SCR脱硝系统运行温度应该维持在 320℃以上。

影响SCR脱硝性能的因素有哪些？

影响SCR脱硝性能的几个关键因素有：反应温度、烟气速度、催化剂的类型、结构和表面积以及烟气/氨气的混合效果。

催化剂是SCR脱硝系统中的主要部分，其成分组成、结构、寿命及相关参数直接影响SCR系统的脱硝效率及运行状况。不同的催化剂适宜的反应温度也差别各异。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。如果反应温度太低，催化剂的活性降低，脱硝效率下降，则达不到脱硝的效果。此外催化剂在低温下持续运行，还将导致催化剂的永久性损坏。如果反应温度太高，则NH3容易被氧化，生成NOx的量增加，甚至会引起催化剂材料的相变，导致催化剂的活性退化。在相同的条件下，反应器中的催化剂表面积越大，NOx的脱除效率越高，同时氨的逸出量也越少。

NH3输入量必须既保证SCR脱硝系统NOx的脱除效率，又保证较低的氨逃逸率。只有气流在反应器中速度分布均匀及流动方向调整得当，NOx转化率、氨逃逸率和催化剂的寿命才能得以保证。采用合理的喷嘴格栅，并为氨和烟气提供足够长的混合烟道，是使氨和烟气均匀混合的有效措施，可以避免由于氨和烟气的混合不均所引起的一系列问题。

广东绿能环保的SCR脱硝工艺通过总结多年来大量脱硝工程案例的经验，深入研究SCR脱硝原理，在SCR脱硝催化剂、喷氨格栅等方面均采用优化过的设计参数，针对电厂锅炉脱硝、垃圾焚烧厂脱硝、工业锅炉脱硝、燃气锅炉脱硝、焦炉脱硝、钢铁厂烧结机脱硝、玻璃窑炉脱硝、马蹄焰窑炉脱硝等均达到90％以上的脱硝率。

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