1  SCR法脫硝原理及特點

 選擇性催(cui)化(hua)還原法(fa)（Selective  Catalytic  Reduc-tion，SCR）是指在催(cui)化(hua)劑的作用(yong)下，利用(yong)還原劑（如 NH3）“有選擇性”地與煙(yan)氣(qi)中的NOx反應(ying)并生成(cheng)無(wu)(wu)毒無(wu)(wu)污染的N2和H2O，目前已(yi)成(cheng)為鍋爐煙(yan)氣(qi)NOx控制(zhi)工程上(shang)應(ying)用(yong)最多(duo)的一(yi)種(zhong)煙(yan)氣(qi)脫硝(xiao)技術。

在SCR法脫硝過程中，主要的化學(xue)反應如下(xia)：

（1）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

（2）6NO+4NH3→5N2+6H2O

（3）6NO2+8NH3→7N2+12H2O  

（4）2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

反(fan)應(ying)(ying)式（1）為(wei)主要化(hua)學反(fan)應(ying)(ying)。反(fan)應(ying)(ying)所需(xu)的NH3/NOx比為(wei)化(hua)學計量關(guan)系。在不添加催化(hua)劑的條件下，較理想的上述(shu)NOx還(huan)原反(fan)應(ying)(ying)溫(wen)度(du)為(wei)800℃～900℃，但這一(yi)溫(wen)度(du)范圍“很(hen)狹窄”。當(dang)溫(wen)度(du)在1050℃～1200℃時，NH3會(hui)(hui)氧化(hua)成NO，而且，NOx還(huan)原速度(du)會(hui)(hui)很(hen)快降下來，當(dang)溫(wen)度(du)低于 800℃時，反(fan)應(ying)(ying)速度(du)很(hen)慢，此時需(xu)要添加催化(hua)劑，因此分為(wei) SCR工藝和SNCR（選擇性(xing)非催化(hua)還(huan)原）工藝。

在(zai)SCR工藝(yi)中，催化(hua)劑安放在(zai)反應器(qi)的(de)箱(xiang)體內。催化(hua)劑單元通(tong)常垂直(zhi)布置，煙氣(qi)由上(shang)向(xiang)下流動。該工藝(yi)具有NOx脫(tuo)除效率高、二次污染小的(de)特點，但其投資費用及運行(xing)成本較高，脫(tuo)硝過程影(ying)響因素多(duo)，關鍵技術難度大，因此需要進(jin)一步研發，降(jiang)低其投資和(he)運行(xing)成本。

SCR工藝(yi)的反應原理和典型工藝(yi)布置見(jian)圖1、圖2。

2  SCR法的催化劑

2.1  催化劑的種類及其(qi)失效原因

脫硝(xiao)催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)(ji)是SCR煙氣脫硝(xiao)工藝的(de)核心(xin)技術，其(qi)成(cheng)本通常占脫硝(xiao)裝置總投資的(de)30%～50%。一般采用(yong)高溫(wen)催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)(ji)，該(gai)催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)(ji)以TiO2為載體，主(zhu)要成(cheng)分為 V2O5-WO3(MoO3)等金屬氧化物(wu)，這(zhe)些成(cheng)分占催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)(ji)總量(liang)的(de)99%以上，其(qi)余的(de)微(wei)量(liang)組分根據鍋爐燃用(yong)的(de)具體煤(mei)種添加(jia)。高溫(wen)催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)(ji)具有(you)較高的(de)選擇(ze)性和脫硝(xiao)效率，反應(ying)溫(wen)度一般為300℃～400℃，如果沒有(you)高溫(wen)催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)(ji)，脫硝(xiao)反應(ying)在該(gai)溫(wen)度下幾(ji)乎不能進行。

為了滿足脫硝反應對溫(wen)度(du)的要求(qiu)，通常將SCR脫硝反應器布置于(yu)(yu)鍋爐省煤器和(he)空氣(qi)(qi)預(yu)熱器之(zhi)間。由(you)于(yu)(yu)該區(qu)域煙氣(qi)(qi)含塵量大，因此粉塵和(he)其它組分將會對催化劑的性能(neng)產(chan)生以下影響：

（1）催(cui)化(hua)劑的磨蝕

催化(hua)(hua)劑的(de)磨(mo)蝕由于(yu)飛(fei)灰撞擊(ji)催化(hua)(hua)劑表面(mian)而形成。磨(mo)蝕強度與氣流速度、飛(fei)灰特性(xing)、撞擊(ji)角度及催化(hua)(hua)劑本身特性(xing)有關。

（2）催化劑(ji)的堵塞

由于氨鹽(yan)及飛灰小顆粒(li)沉積在催化劑小孔(kong)中，阻(zu)礙 NOx、NH3、O2到達(da)催化劑活性表面，導致(zhi)催化劑鈍化。

（3）砷中毒

由于煙氣中的氧(yang)化(hua)(hua)砷（As2O3）擴散(san)進入(ru)催化(hua)(hua)劑(ji)，并在活(huo)性和(he)非活(huo)性區域固化(hua)(hua)。砷中毒與催化(hua)(hua)劑(ji)的毛(mao)細孔濃度有(you)關(guan)。

（4）堿金(jin)屬（Ca、Na、K等）中(zhong)毒

堿(jian)金(jin)屬和催化(hua)劑表面(mian)的活(huo)性(xing)(xing)位接觸，致使催化(hua)劑活(huo)性(xing)(xing)降低(di)。

催化(hua)(hua)劑失(shi)效的(de)因素與(yu)煤種密切相關，而(er)我(wo)國各地區(qu)煤炭的(de)品質差異很大（主要包括As、Ca、Na、K、 Mg、S、Cl等元(yuan)素含(han)量；灰分的(de)含(han)量和特性），這(zhe)就需(xu)要針對(dui)煤種來設計催化(hua)(hua)劑的(de)組分和結構，以提高催化(hua)(hua)劑的(de)適應性。

開發高效、性(xing)能穩定的(de)低(di)溫(wen)催化劑，可以實現將 SCR反應器布置在除塵(chen)器之后(hou)，消除高灰段布置引起的(de)磨蝕等(deng)不良影(ying)響，減(jian)輕對相關設(she)備產生的(de)負(fu)面影(ying)響，更好地(di)與國內現有的(de)鍋(guo)爐系(xi)統(tong)匹配。低(di)溫(wen)催化劑目前仍處于試驗研究階段。

2.2  國內(nei)外(wai)脫硝催化劑的生產現狀

從20世(shi)紀60、70年代開(kai)始，日本就開(kai)始研(yan)制脫(tuo)硝催(cui)化劑，到80年代末，歐(ou)洲和美國也逐漸發展了高(gao)溫催(cui)化劑。其主(zhu)要(yao)工序是將V2O5、TiO2等(deng)(deng)混合(he)后(hou)擠出成型、干(gan)燥、燒結再進行(xing)裁切、裝配等(deng)(deng)。

目前國(guo)外(wai)生產脫硝催化劑的主要廠家有，美國(guo)：康寧（Cormetech）；歐洲：托普(pu)索（Topsoe）、巴斯夫（Ceram）、亞吉隆(long) （Argillon）；日(ri)本：日(ri)立(li)（Hi- tachi）、日(ri)本觸媒、觸媒化成、日(ri)立(li)造船（Hitz）；韓國(guo)：SK。其中幾(ji)家單位(wei)的基本情況(kuang)如下：

（1）Cormetech公司

該(gai)公司(si)成立(li)于1989年，是美國康(kang)寧(ning)（Corning）公司(si)和日(ri)本三菱（Mitsibutshi）公司(si)合資建立(li)的企業，是 SCR煙(yan)氣(qi)脫硝催(cui)化劑的第一供(gong)應商，全球應用該(gai)公司(si)產品的機(ji)組超過750臺。Cormetech的蜂窩式催(cui)化劑以大量(liang)的實驗(yan)室測量(liang)、工藝分析和現場性能測試來保(bao)證其(qi)性能。

（2）巴(ba)布(bu)科(ke)克日立公司（BHK）

BHK于(yu)20世紀60年代開(kai)始研發(fa)SCR脫硝系統和催化劑，并于(yu)70年代成功地將其產品(pin)(pin)投入(ru)了市場。應用其產品(pin)(pin)的機(ji)組(zu)總量(liang)超過580套(tao)，其中燃煤電站(zhan)機(ji)組(zu)應用居世界第一，總量(liang)超過8萬MW。

（3）丹(dan)麥(mai)哈德(de)托(tuo)普索(suo)公司

該公司由哈德托普索(suo)博士于(yu)1940年創(chuang)立，致力于(yu)多種催(cui)化劑的(de)科研、開發及銷售，同時涉(she)及技(ji)術專利轉讓、催(cui)化塔的(de)工程和建設。

2.3  脫(tuo)(tuo)硝(xiao)催化劑在SCR系(xi)統(tong)運行(xing)(xing)中(zhong)存在的問題(ti)催化劑是SCR系(xi)統(tong)中(zhong)的主要部件，其成(cheng)分組成(cheng)、結構(gou)、壽命及相關參數直(zhi)接影響(xiang)SCR系(xi)統(tong)脫(tuo)(tuo)硝(xiao)效(xiao)率及運行(xing)(xing)狀況(kuang)。

（1）投資費用高(gao)

美國(guo)能源部(bu)(bu)提供的(de)數據表(biao)明，催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)通常占(zhan)總(zong)投資的(de)20％以上。在(zai)日本(ben)(ben)等其(qi)他發達國(guo)家，對于 600MW機組，如果(guo)要求脫硝(xiao)效率(lv)為80％，則(ze)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)要占(zhan)總(zong)投資的(de)35％～40％。根據對我(wo)國(guo)現(xian)有(you)SCR系統運(yun)行情(qing)況的(de)調研可以看(kan)出，由于我(wo)國(guo)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)依賴進口，加之在(zai)使用過程中還需定期(qi)更換部(bu)(bu)分催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)，造成(cheng)(cheng)(cheng)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)占(zhan)總(zong)投資的(de)比例就(jiu)更高了。因而催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)依賴進口成(cheng)(cheng)(cheng)為我(wo)國(guo)火(huo)電(dian)廠推行SCR法的(de)一(yi)個重要制約因素。

（2）催(cui)化(hua)劑的磨(mo)蝕、堵(du)灰及中(zhong)毒

SCR系(xi)統一(yi)般裝設在(zai)省煤器和(he)空氣(qi)預熱器之間，此區域煙氣(qi)中攜帶的大(da)量煙塵會(hui)對催(cui)(cui)化(hua)劑表面造成磨蝕(shi)和(he)產生(sheng)堵灰現象。在(zai)SCR的運行過程(cheng)中，催(cui)(cui)化(hua)劑還受到堿金屬(shu)、水蒸汽、砷等物質的長期作(zuo)用，會(hui)引(yin)起催(cui)(cui)化(hua)劑中毒。不(bu)論(lun)是(shi)(shi)催(cui)(cui)化(hua)劑的磨蝕(shi)、堵灰還是(shi)(shi)中毒，都是(shi)(shi)引(yin)起催(cui)(cui)化(hua)劑加速失效的重要(yao)原(yuan)因。

（3）失(shi)效催化劑的處理

對(dui)(dui)于失(shi)效的(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)，首先(xian)考(kao)慮(lv)的(de)處(chu)(chu)理方式(shi)是(shi)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)的(de)再(zai)生。催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)的(de)再(zai)生是(shi)把失(shi)去活(huo)(huo)性的(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)通(tong)過浸泡洗滌、添加活(huo)(huo)性組分以(yi)及烘干的(de)程(cheng)序使催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)恢復大(da)部分活(huo)(huo)性。然而(er)不是(shi)所有(you)的(de)失(shi)效催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)都能夠通(tong)過再(zai)生方式(shi)回(hui)(hui)用(yong)。如果失(shi)效催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)不采用(yong)再(zai)生的(de)方法(fa)回(hui)(hui)用(yong)，那么就應(ying)該對(dui)(dui)其(qi)進(jin)行(xing)(xing)廢棄處(chu)(chu)理。目前對(dui)(dui)于蜂窩式(shi)SCR催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)，一般的(de)處(chu)(chu)理方法(fa)是(shi)把催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)壓(ya)碎后進(jin)行(xing)(xing)填埋。填埋過程(cheng)中應(ying)嚴(yan)格遵照國(guo)家有(you)關危險(xian)固體廢物的(de)填埋要求。對(dui)(dui)于板(ban)式(shi)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)，除(chu)填埋方式(shi)外，由(you)于其(qi)中含(han)有(you)不銹鋼基材，還可以(yi)送至金(jin)屬(shu)冶煉廠(chang)進(jin)行(xing)(xing)回(hui)(hui)收利(li)用(yong)。

3  SCR法還原劑

3.1  還原劑(ji)的(de)來源

在SCR系(xi)(xi)統中的(de)(de)還原劑(ji)是(shi)氨(an)(an)(an)，因(yin)此(ci)穩定、可(ke)靠的(de)(de)氨(an)(an)(an)系(xi)(xi)統才能保證SCR系(xi)(xi)統的(de)(de)良好運(yun)行。通常SCR還原劑(ji)有三種：液氨(an)(an)(an)、氨(an)(an)(an)水或尿素(su)。三種SCR還原劑(ji)的(de)(de)比較見(jian)下表。

目前，日本(ben)和我國(guo)臺灣均采用(yong)液氨作(zuo)還原劑，美國(guo)一般采用(yong)尿素，歐洲則由于地區不同對三種還原劑均有應用(yong)。

3.2  還原劑在(zai)SCR系(xi)統運(yun)行中存在(zai)的(de)問題

SCR系統運行過程中，還原劑引起的問題(ti)主要表現(xian)在以下幾個(ge)方面：

（1）運行成本高(gao)

以國華太電(dian)2×600MW機組(zu)煙氣(qi)脫(tuo)硝(xiao)(xiao)工程(cheng)為(wei)例，該工程(cheng)SCR系(xi)統設計脫(tuo)硝(xiao)(xiao)效率為(wei)80％～90％，使用的(de)(de)(de)(de)還原劑(ji)為(wei)液(ye)(ye)氨(an)，液(ye)(ye)氨(an)的(de)(de)(de)(de)消耗(hao)量為(wei)412～464kg/h，液(ye)(ye)氨(an)目(mu)前(qian)的(de)(de)(de)(de)市場價(jia)(jia)格（各(ge)地液(ye)(ye)氨(an)市場價(jia)(jia)格有差異，本處取平(ping)均(jun)價(jia)(jia)格）在2500元/t左(zuo)右，則SCR系(xi)統每小時消耗(hao)1100元左(zuo)右的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)氨(an)，這對(dui)電(dian)廠來說是一筆不(bu)小的(de)(de)(de)(de)運行費(fei)用。有資(zi)料顯示(shi)，液(ye)(ye)氨(an)作(zuo)為(wei)還原劑(ji)的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)硝(xiao)(xiao)成本最小，氨(an)水(shui)和(he)尿素作(zuo)為(wei)還原劑(ji)的(de)(de)(de)(de)成本分別是液(ye)(ye)氨(an)的(de)(de)(de)(de)1.5倍和(he)1.8倍。

（2）安全和(he)環境風險

三種脫硝還原劑(ji)中(zhong)，液(ye)氨和氨水(shui)都屬于危險化(hua)(hua)學(xue)品，在(zai)運(yun)輸、儲存和使(shi)用過程中(zhong)都存在(zai)安(an)(an)全風險。尿素(su)雖是無毒無害化(hua)(hua)學(xue)品，但在(zai)水(shui)解法制(zhi)氨工藝中(zhong)，要使(shi)用高壓轉化(hua)(hua)反應(ying)器，亦存在(zai)安(an)(an)全隱(yin)患。

三種脫硝(xiao)還原劑(ji)在實際工程應用(yong)中各有利弊，具體選(xuan)用(yong)何種方式制氨，需要(yao)進行詳細(xi)的(de)技術經濟比較，結合企業的(de)實際情況以(yi)及考慮氨來源的(de)可靠(kao)性(xing)和(he)穩定性(xing)來確定。

4  結語

綜(zong)上所述，SCR工程應(ying)用的(de)研究對(dui)于國內燃煤(mei)污染(ran)物(wu)的(de)控制而言，具有(you)十分重要的(de)現實意義，根(gen)據目前的(de)評估，開展此項目的(de)預期效果(guo)和前景非常好。自主開發的(de)SCR脫硝(xiao)(xiao)工程技術(shu)將比引(yin)進國外(wai)同(tong)類(lei)成套技術(shu)的(de)成本大大降低(di)，這將有(you)利于SCR脫硝(xiao)(xiao)技術(shu)在國內的(de)商業化推(tui)廣和應(ying)用，是未來解決NOx排放問題的(de)必需手段。

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