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新乡隆森丨SCR脱硝工艺简介

更新时间 2023-07-14 16:07 阅读

SCR脱硝工艺简介：

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）“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。选择性是指在烟气脱硝过程中烟气脱硝催化剂有选择性地将NOx还原为氮气，而烟气中的SO2极少地被氧化成SO3。这就叫选择性在不添加催化剂的条件下，氨与氮氧化物的化学反应温度为900℃，如果加入氨，部分氨会在高温下分解。如果加入催化剂，反应温度可以降低到180-400℃。催化剂一般选用TiO2为基体的V2O5和WO3 混合物；具体配方根据烟气参数确定。

SCR脱硝工艺流程图：

SCR工艺系统流程主要由贮氨、混氨、喷氨、反应塔（催化剂）系统、烟道及控制系统等组成。液氨由汽车运至液氨储罐储藏，无水液氨的储存压力取决于储罐的温度（例如20℃时压力为1MPa），液氨经过蒸发器加热为氨气，再通过减压阀进入氨气缓冲罐，稀释风机通过氨气混合器与氨气成一定比例混合，其作用一是稀释氨气，二是增加反应器处氧含量。经稀释的氨气通过喷氨系统中喷嘴进入到烟道格栅中，与原烟气混合，在催化剂作用下，烟气中的氮氧化物与氨气发生化学反应。当反应塔故障需停下检修时，烟气从反应塔前设置的100%烟气旁路通过，可使锅炉连续正常运行。

SCR脱硝技术原理：

SCR法以氨气为还原物，以氨储罐、盛放催化剂的容器以及还原剂为主要的反应装置。烟气中氮氧化物是重要的大气污染物之一，其主要组成成分是一氧化氮和二氧化氮，其中一氧化氮的比例最大，可达93%，因此脱硝反应通常都是以一氧化氮、氨气还有氧气为反应物，生成氮气和水。

除了以上主要反应以外，还会产生一些有害物质，烟气中的二氧化硫、氨和氧气反应生成硫酸铵等有害物质。催化剂在这些反应中可以起到提高活性、加快反应速度的作用，尤其是对于一氧化氮的还原反应有着非常明显的作用；来自烟气的氧气在这些反应中起到很大的作用，整个反应都需要有氧气源源不断地供应才能维持反应持续进行。

SCR技术中想要保证反应的顺利进行，就必须要将SCR区域温度控制在290～430℃，温度过高过低都不可以，过低会导致反应物硫酸铵产生结晶现象，进而覆盖在催化剂表面，降低催化剂的活性，而温度过高则会造成催化剂高温烧结进而失活，降低脱硝效率。

SCR脱硝系统构成：

SCR脱硝系统的主要组成部分包括：催化剂反应器系统、烟道系统、还原剂氨储存系统及还原剂氨注入系统。

SCR反应器本体：

SCR反应器本体依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。SCR脱硝效率与以下因素有关：催化剂质量；反应温度；停留时间；氨氮比；氨气与烟气混合均匀程度；烟气在SCR反应器内分布均匀程度。

为达到较高的脱硝效率，设计每个功能段时必须考虑以上因素，每个环节均优化设计。在本项目中，设计进入SCR系统的烟气温度为300-400℃。

立式SCR反应器上方烟气流向需要转900，均流器前烟道不仅短，而且也有多个影响气流的局部构件。安装均流器空间小，为使进入催化剂层的烟气分布均匀，均流器采用导流板加均流格栅板形式，导流板和格栅板依据CFD数值模拟计算结果进行设计。保证进入催化剂层的烟气流速均匀程度<0.2。

催化剂：

目前常用的催化剂形式主要为蜂窝式和板式。蜂窝式是目前市场占有份额最高的催化剂形式，其特点是单位体积的催化剂活性高，达到相同脱硝效率所用的催化剂体积较小，适合灰分低于30g/m3，灰粘性较小的烟气环境。

板式催化剂的市场占有份额仅次于蜂窝式催化剂。板式催化剂以金属板网为骨架，比表面积较小。此种催化剂的特点是：具有较强的抗腐蚀和防堵塞特性，适合于含灰量高及灰粘性较强的烟气环境。缺点是单位体积的催化剂活性低、相对荷载高、体积大，使用的钢结构多。

SCR建议采用立式结构，在SCR本体内自上至下可布置3层催化剂，3层催化剂采用2+1配置方式，初期布置二层催化剂，预留增加一层催化剂位置，一层为催化剂经过长时间的运行，脱硝效率下降，无法达到排放要求，可在预留位置再安装一层催化剂。

催化剂的选用及反应时间是影响脱硝效率的主要因素，为保证成功实施，采用已有成功应用业绩的催化剂，催化剂的数量严格按厂家要求进行设计，并适当考虑余量。催化剂使用寿命为24000小时。

燃煤/燃油锅炉烟气脱硫脱硝工程案例：

工艺流程：SCR脱硝+电除尘器+脱硫

氮氧化物的形成机理分析:

煤燃烧时所形成的NOx可分为三种，即热力型NOx、燃料型和在火焰边缘形成的快速型NOx。快速型NOx可用Fenimore机理解释，一般只在燃用不含氮的碳氢燃料时才予考虑，它的生成也比前两种少得多。

热力型NOx的形成速率可根据Zeldovich机理进行估算，其简化方程:

其中：B=5.74×1011m3/2/(mol1/2·s)，E/R=66900K，根据流化床的运行温度范围和氧浓度水平，热力型形成速率很低，即使不考虑各种分解还原过程其平衡浓度也很低，故一般也可以不予考虑。

燃料氮形成的NO占流化床燃烧方式NOx总排放的95%以上。无论是挥发燃烧中还是焦炭燃烧阶段都形成了大量的NO，燃烧过程的燃料氮平衡可用图1表示。燃料氮的转化率主要受温度、过量空气系数（富余氧浓度）和燃料含氮量的影响。一般在10%-45%的范围内。

生物质锅炉工程案例：

工艺流程：SCR脱硝+除尘+FGD脱硫

脱硫脱硝原理：

生物质锅炉的燃料是生物质燃料，生物燃料燃烧会排放大量的氮氧化物，氮氧化物不但污染环境，还会对人体健康造成一定的伤害。脱硝指的就是去除烟气中氮氧化物的过程。

生物质锅炉脱硝，我公司采用的是SCR选择性催化还原技术，是在催化剂的作用下，通过加氨(NH3)可以把NOx转化成空气中天然含有的氮气(N2)和水，由于NH3可以“选择性的”和NOx反应而不是被氧气(O2)氧化，因此反应被称为具有“选择性”。

主要反应方程式如下：

4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O

6NO + 4NH3→5N2 + 6H2O

2NO2 + 4NH3 + O2→3N2 + 6H2O

6NO2 + 8NH3→7N2 + 12H2O

NO + NO2 + 2NH3→2N2 + 3H2O

除上述反应之外，在条件改变时，还可能发生以下副反应：

4NH3 + 3O2→2N2 + 6H2O

4NH3 + 5O2→4NO + 6H2O

2NH3→N2 + 3H2

SO3 + 2NH3 + H2O→(NH4)2SO4

SO3 + NH3 + H2O→NH4HSO4

脱硫脱硝效率≧99.5%

SO2NOX浓度≦10mg/Nm3

脱硫除尘器阻力：<2000pa

液气比：1.5L/M3

塔内循环水量：60m3/h

供水压力：≧3.0kg/cm2

焦炉烟气脱硫脱硝工程案例：

工艺流程：FGD脱硫+除尘+SCR脱硝

焦炉烟气被引风机引入工艺系统，先脱硫除SO2，后除尘脱硝，再脱除颗粒物和NOx，最后经引风机增压回送至焦炉烟囱根部(见图)。

该工艺主要由以下系统组成：

脱硫系统由脱硫塔及脱硫溶液制备系统组成。Na2CO3溶液通过定量给料装置和溶液泵送到脱硫塔内雾化器中，形成雾化液滴，与SO2发生反应进行脱硫，脱硫效率可达90%。脱硫剂喷入装置与系统进出口SO2浓度联锁，随焦炉烟气量及SO2浓度的变化自动调整脱硫剂喷入量。

核心设备为烟气除尘、脱硝及其热解析一体化装置，包括由下至上集成在一个塔体内的除尘净化段、解析喷氨混合段和脱硝反应段。

氨系统负责为烟气脱硝提供还原剂，可使用液氨或氨水蒸发为氨气使用。

热解析系统负责为脱硝装置内的催化剂提供380-400℃高温解析气体，分解黏附在催化剂表面的硫酸氢铵，净化催化剂表面。

脱硫脱硝原理：

采用半干法脱硫工艺，使用Na2CO3溶液为脱硫剂，其化学反应式为：

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2(1)

2Na2SO3+O2→2Na2SO4(2)

脱硝采用NH3-SCR法，即在催化剂作用下，还原剂NH3选择性地与烟气中NOx反应，生成无污染的N2和H2O随烟气排放，其化学反应式如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (3)

天然气锅炉烟气脱硫脱硝工程案例：

工艺流程：脱硝反应器+喷氨格栅+空气预热器+静电除尘器：

天然气主要成分为烷烃，其中甲烷占绝大多数，同时也含有微量的氮杂质。天然气燃烧温度很高，空气中的氮气在高温条件下氧化生成的氮氧化物。

SCR脱硝系统由SCR反应器及附属系统、氨储存处理系统和氨注入系统三个子系统所组成。

氨水储存系统包括氨水卸料泵、氨水储罐等。

氨水注入系统包括氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨气稀释槽、废水泵。

SCR反应器和附属系统由挡板门、氨注入格栅、SCR反应器、催化剂、吹灰系统和烟道等组成。

脱硝分为燃烧前脱硝、燃烧过程脱硝、燃烧后脱硝。

SCR脱硝技术是在催化剂作用下，用选择性还原剂（氨或尿素）将NOX还原为无害的氮气和水蒸气，是目前国际上技术成熟、应用广泛的烟气脱硝技术，NOX脱除效率80-90%。

SNCR脱硝工艺简介：

SNCR脱硝技术即选择性非催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction，以下简写为SNCR）技术，是一种不用催化剂，在850～1100℃的温度范围内，将含氨基的还原剂（如氨水，尿素溶液等）喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水的清洁脱硝技术。

在合适的温度区域，且氨水作为还原剂时，其反应方程式为：

4NH3 + 4NO + O2→4N2 + 6H2O （1）

然而，当温度过高时，也会发生如下副反应：

4NH3 + 5O2→4NO + 6H2O（2）

SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%～80%，受锅炉结构尺寸影响很大。

采用SNCR技术，目前的趋势是用尿素代替氨作为还原剂。

SNCR 技术脱硝原理为：

在850～1100℃范围内，NH3或尿素还原NOx的主要反应为：

NH3为还原剂:

4NH3 + 4NO +O2 → 4N2 + 6H2O

尿素为还原剂 :

NO+CO(NH2)2 +1/2O2 → 2N2 + CO2 + H2O

当温度高于1100℃时, NH3则会被氧化为

4NH3+5O2→4NO+6H2O

不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3的反应最佳温度区为 850～1100℃。当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。NH3是高挥发性和有毒物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。

引起SNCR系统氨逃逸的原因有两种，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应;另一种可能是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到炉内最有效的部位，因为NOx在炉膛内的分布经常变化，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨分布不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量。在较大的燃煤锅炉中，还原剂的均匀分布则更困难，因为较长的喷入距离需要覆盖相当大的炉内截面。为保证脱硝反应能充分地进行，以最少的喷入NH3量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。

SNCR脱硝系统组成：

SNCR（喷氨）系统主要由卸氨系统、罐区、加压泵及其控制系统、混合系统、分配与调节系统、喷雾系统等组成。

SNCR系统烟气脱硝过程是由下面四个基本过程完成；

接收和储存还原剂；在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂；

还原剂的计量输出、与水混合稀释；还原剂与烟气混合进行脱硝反应。

SNCR脱硝工艺流程：

SNCR脱硝特点：

1.系统简单，占地面积小

2.投资成本少，运行费用低

3.适合各种燃料的锅炉

4.全自动高效控制，自动跟踪最佳温度区间;

5.模块化的供给系统，使得系统安装、操作和维护简单。

6.应用范围广，适用与新建生产线和老生产线改造。

SNCR脱硝设备：

水泥回转窑烟气脱硝工程案例：

工艺流程主要包括尿素储备、管道输送、计量分配、喷射等。

水泥回转窑脱硝技术分析:

新型干法水泥回转窑上可采用NOx控制技术主要有以下几种：一是低氮燃烧技术，包括采用低NOx的燃烧器、分级燃烧和优化窑和分解炉的燃烧制度等；二是采用可替代燃料，降低用煤量，从而降低NOx的生成。然而，即使把上述两种措施全部使用起来，事实上水泥窑的NOx排放很难达到理想的排放浓度。采用烟气脱硝技术-选择性非催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR）脱硝法是一个非常有效的降低NOx排放量的途径。

SNCR脱硝技术是目前非常成熟的水泥脱硝技术，不仅对窑炉的适应性好，一次性投资费用也比较低，在水泥行业整体不景气的情况下，比较容易被水泥生产企业所接受。整体系统看起来也相对简单，占地面积小，方便灵活布置，只要在系统设计时，充分考虑好业主的使用条件，把一些细节的问题处理好，相信SNCR脱硝技术会被行业所认可。

水泥窑烟气NOX生成：

水泥行业的回转窑在物料烧成过程中，会产生大量烟气，烟气中含大量NOX。其中NOX的主要成分是NO和NO2(NO约占95%)，水泥窑生成NOX主要有两种形成机理；

（1）热力型NOX；

（2）燃料型NOX。

水泥生产中，热力型NOX的排放是主要的，浓度约1500~2600mg/Nm3;燃料型NOX浓度约800~1300mg/Nm3；平均约1100mg/Nm3。

回转窑脱硝案例：

森乐环保：脱硝技术

成都森乐2015年建成国内首套燃机发电配套余热锅炉炉SCR脱硝装置，脱硝效率高达96.5%，截止2022年，我司已能够实现脱硝效率98%的工程应用，NOX长期保持在≤15mg/Nm3，氨逃逸控制在≤2.5ppm，多项指标行业领先。

技术服务

我公司具有完善的质量保证体系，已通过 ISO9001、 GB/T24001、GB/T45001国际质量体系认证，可从技术开发、工程设计到设备制造、施工安装进行全程质量监控和工程监理，对装置的最终质量提供可靠保证。

我公司拥有完善的服务体系和为用户提供最满意服务的企业理念。实行项目全程项目经理负责制，可保证用户在技术咨询期、装置建设期和装置投产后，均能享受到优质的技术服务和免费的软件技术升级服务。