選擇性催化還原法:化學機理,影響因素,反應溫度,空間速度,煙氣流型,催化劑,工藝流

選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在催化劑的作用下，利用還原劑（如NH₃、液氨、尿素）來“有選擇性”地與煙氣中的NO_x反應並生成無毒無污染的N2和H2O。首先由美國的Engelhard公司發現並於1957年申請專利，後來日本在該國環保政策的驅動下，成功研製出了現今被廣泛使用的V₂O₅/TiO₂催化劑，並分別在1977年和1979年在燃油和燃煤鍋爐上成功投入商業運用。SCR技術對鍋爐煙氣NO_x控制效果十分顯著、技術較為成熟，目前已成為世界上套用最多、最有成效的一種煙氣脫硝技術。合理的布置及溫度範圍下，可達到80~90%的脫除率。在我國，利用SCR進行煙氣脫硝的工作才剛剛起步。

基本介紹

中文名：選擇性催化還原法
外文名：Selective Catalytic Reduction
簡稱：SCR
發現公司：Engelhard公司
特點：NOx脫除效率高，二次污染小等
影響因素：溫度、空間速度、煙氣流型等

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化學機理

在SCR脫硝過程中，通過加氨可以把NO_x轉化為空氣中天然含有的氮氣(N₂)和水(H₂O)，其主要的化學反應如下：

4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O

6NO + 4NH₃ → 5N₂ + 6H₂O

6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O

2NO₂ + 4NH₃ + O₂→ 3N₂ + 6H₂O

在沒有催化劑的情況下，上述化學反應只在很窄的溫度範圍內（850～1100℃）進行，採用催化劑後使反應活化能降低，可在較低溫度（300～400℃）條件下進行。而選擇性是指在催化劑的作用和氧氣存在的條件下，NH₃優先與NO_x發生還原反應，而不和煙氣中的氧進行氧化反應。目前國內外SCR系統多採用高溫催化劑，反應溫度在315~400℃。

影響因素

影響反應過程的因素

反應溫度

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。一般來說 , 反應溫度越高 , 反應速度越快 , 催化劑的活性也越高 , 這樣單位反應所需的反應空間小 , 反應器體積變小。綜合反應物加熱、系統控制及催化劑的適應溫度範圍 , 目前的SCR系統溫度常設定在320一420℃之間。

空間速度

空間速度是SCR的一個關鍵設計參數 , 它是煙氣(標準狀態下的濕煙氣)在催化劑容積內的停留時間尺度 , 在某種程度上決定反應物是否完全反應 , 同時也決定著反應器催化劑骨架的沖刷和煙氣的沿程阻力。空間速度大 , 煙氣在反應器內的停留時間短 , 則反應有可能不完全 , 這樣氨的逃逸量就大 , 同時煙氣對催化劑骨架的沖刷也大。對於固態排渣爐高灰段布置的SCR反應器 , 空間速度選擇一般是(2500 ~ 3500) h。華夏電力公司篙嶼電廠採用的SCR反應器煙氣速度為5.55 m/s (380℃時 ) 。

煙氣流型

煙氣流型的優劣決定著催化劑的套用效果 , 合理的煙氣流型不僅能較高地利用催化劑 , 而且能減少煙氣的沿程阻力。在工程設計中必須重視煙氣的流場 , 噴氨點應具有湍流條件以實現與煙氣的最佳混合 , 形成明確的均項流動區域。

催化劑

催化劑的類型、結構和表面積催化劑是SCR系統中最關鍵的部分，其類型、結構和表面積對脫除NO_x效果均有很大影響。

工藝流程

典型SCR主要工藝流程為：還原劑（液氨）用罐裝卡車運輸，以液體狀態儲存於氨罐中；液態氨在注入SCR系統煙氣之前經由蒸發器蒸發汽化；汽化的氨和稀釋空氣混合，通過噴氨格柵噴入SCR反應器上游的煙氣中；充分混合後的還原劑和煙氣在SCR反應器中催化劑的作用下發生反應，去除NOx。

SCR的基本操作運行過程主要包括以下幾個步驟：

（1）氨的準備與儲存。

（2）氨的蒸發並與預混空氣相混合。

（3）氨與空氣的混合氣體在反應器前的適當位置噴入煙氣系統中，其位置通常在反應器入口附近的煙道中。

（4）噴入的混合氣體與煙氣的混合。

（5）各反應物向催化劑表面的擴散並進行反應。

SCR的其它輔助設備和裝置主要包括SCR反應器的入口和出口的管路系統，SCR的旁路管路、吹灰裝置、省煤器旁路管路系統，以及增加脫硝裝置後需要升級成更換的尾部引風機。

特點

SCR技術具有以下特點。

①NO_x脫除效率高

據有關文獻記載及工程實例監測數據，SCR法一般的NOx脫除效率可維持在70%-90%，一般的NO_x出口濃度可降低至100mg/m左右，是一種高效的煙氣脫硝技術。

②二次污染小

SCR法的基本原理是用還原劑將NO_x還原為無毒無污染的N₂和H₂O，整個工藝產生的二次污染物質很少。

③技術較成熟，套用廣泛

SCR煙氣脫硝技術已在已開發國家得到較多套用。如德國，火力發電廠的煙氣脫硝裝置中SCR法大約占95%。在我國已建成或擬建的煙氣脫硝工程中採用的也多是SCR法。

④投資費用高，運行成本高

以我國第一家採用SCR脫硝系統的火電廠—福建漳州後石電廠為例，該電廠600MW機組採用日立公司的SCR煙氣脫硝技術，總投資約為1.5億人民幣。除了一次性投資外，SCR工藝的運行成本也很高，其主要表現在催化劑的更換費用高、還原劑（液氨、氨水、尿素等）消耗費用高等。

選擇性催化還原法