摘要：廢氣脫硝是目前發達國家普遍采用的減少NO_x排放的(de)(de)方(fang)法(fa)，應用(yong)較(jiao)多的(de)(de)有選(xuan)(xuan)擇性催化(hua)(hua)還原法(fa)（Selectivecatalyticreduction，簡(jian)稱SCR）、選(xuan)(xuan)擇性非催化(hua)(hua)還原法(fa)（Selectivenon-catalyticreduction，以下簡(jian)稱SNCR）。SCR的(de)(de)脫硝率(lv)可達90%以上(shang)。SCR的(de)(de)發(fa)(fa)明權屬于美國，而日本率(lv)先(xian)于20世(shi)紀70年代(dai)實(shi)現其(qi)商業化(hua)(hua)應用(yong)。目前該技術(shu)在發(fa)(fa)達國家已經(jing)得到了比(bi)較(jiao)廣泛的(de)(de)應用(yong)。日本有93%以上(shang)的(de)(de)廢氣脫硝采用(yong)SCR，運(yun)行裝(zhuang)置超過(guo)300套。德國于20世(shi)紀80年代(dai)引進該技術(shu)，并(bing)規定(ding)發(fa)(fa)電量50MW以上(shang)的(de)(de)電廠(chang)都得配備(bei)SCR裝(zhuang)置。臺灣有100套以上(shang)的(de)(de)SCR裝(zhuang)置在運(yun)行。大慶石化(hua)(hua)總廠(chang)化(hua)(hua)肥廠(chang)、川化(hua)(hua)集(ji)團公(gong)(gong)司(si)(si)、北京燕山石化(hua)(hua)公(gong)(gong)司(si)(si)合成橡膠廠(chang)和福(fu)建漳(zhang)州(zhou)電廠(chang)等也從國外(wai)引進了SCR裝(zhuang)置。

1、技術原理

有多種還原劑（CH₄、H₂、CO和NH₃）可以將NO_x還原成N₂，尤其是NH₃可以按下式選擇性地和NO_x反應：

4NH₃+4NO+O₂=4N₂+6H₂O（1）

8NH₃+6NO₂=7N₂+12H₂O（2）

通過使用適當的催化劑，上述反應可以在200~450℃的范圍內有效進行。在NH₃/NO_x為1（摩爾比）的條件下，可以得到80%~90%的脫硝率。在反應過程中，NH₃有選擇性地和NO_x反應生成N₂和H₂O，而不是被O₂所氧化。

2、工藝流程

SCR廢氣脫硫裝置，主要由氨氣供應系統、氨氣控制系統、催化劑、排氣系統、預熱系統和反應器等組成。液氨由槽車運送到液氨儲罐，液氨儲槽輸出的液氨在蒸發器內蒸發為氨氣，并將氨氣加熱到常溫后，送到氨氣緩沖罐備用。氨氣緩沖罐的氨氣經調壓閥減壓后，通過噴氨格柵的噴嘴噴入廢氣中與廢氣混合，再經靜態混合器充分混合后進入催化反應器。當廢氣溫度低時，預熱系統用來加熱廢氣。達到反應溫度且與氨氣充分混合的廢氣流經SCR反應器的催化層時，氨氣與NO_x發生催化氧化還原反應，將NO_x還原為無害的N₂和H₂O。

3、運行控制

3.1催化劑的活性

催化劑是SCR技術的核心，其形狀一般為板式或蜂窩式。由于蜂窩式催化劑優良的耐久性、耐腐性、高可靠性，高反復利用率、低壓降，故使用的較廣泛。常用的催化劑主要成分為V₂O₅/TiO₂。蜂窩式催化劑的斷面尺寸一般為：150mm×150mm；長度400mm~1000mm。SCR裝置的運行成本在很大程度上取決于催化劑的壽命。其使用壽命又取決于催化劑活性的衰減速度。催化劑的失活分為物理失活和化學失活。典型的SCR催化劑化學失活主要是堿金屬（如Na、K、Ca等）和重金屬（如As、Pt、Pb等）引起的催化劑中毒。堿金屬吸附在催化劑的毛細孔表面，金屬氧化物（如MgO、KaO等）中和催化劑表面的SO₃生成硫化(hua)物(wu)而造成催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)中毒。砷(shen)中毒是(shi)廢氣中的(de)三氧化(hua)二砷(shen)與催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)結合引起的(de)。催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)物(wu)理(li)失活(huo)主要是(shi)指高(gao)溫燒結、磨損和固體(ti)顆(ke)粒(li)沉積堵塞而引起催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)活(huo)性(xing)破壞。

SCR系(xi)統所出現(xian)的(de)(de)磨損和堵(du)塞可以通過(guo)反(fan)(fan)應器(qi)的(de)(de)優化設計（設置自動(dong)的(de)(de)導(dao)流葉片(pian)裝(zhuang)置，倒轉氨的(de)(de)噴射(she)方向使之與流動(dong)方向相反(fan)(fan)）加以緩解(jie)。如果(guo)廢(fei)氣中有(you)(you)粉塵，為了保證催化劑表面的(de)(de)潔凈，在反(fan)(fan)應器(qi)中安(an)裝(zhuang)吹灰器(qi)是很有(you)(you)必(bi)要(yao)的(de)(de)。

如(ru)果廢氣中(zhong)含有能使催(cui)化劑(ji)中(zhong)毒(du)(du)的固(gu)體顆粒(li)物(wu)，則(ze)廢氣需進行(xing)預處理，比如(ru)采用靜電除塵、加(jia)入脫砷劑(ji)等(deng)，去除催(cui)化劑(ji)毒(du)(du)物(wu)級固(gu)體顆粒(li)物(wu)，避免催(cui)化劑(ji)中(zhong)毒(du)(du)。

3.2反應溫度

不同的催化劑具有不同的適用溫度范圍。當反應溫度低于催化劑的適用溫度范圍下限時，在催化劑上會發生副反應，NH₃與SO₃和H₂O反應生成（NH₄）₂SO₄或NH₄HSO₄，減少與NO_x的(de)反(fan)應，生成物附著在催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑表面(mian)，堵塞催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑的(de)通(tong)道(dao)和(he)微孔，降低催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑的(de)活性。另外，如果反(fan)應溫度(du)高于催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑的(de)適用溫度(du)，催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑通(tong)道(dao)和(he)微孔發生變形，導(dao)致有效通(tong)道(dao)和(he)面(mian)積減少，從而使催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑失(shi)活。溫度(du)越高催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑失(shi)活越快(kuai)。

根(gen)據催(cui)化劑的適用溫度范圍，SCR工藝(yi)可分為高溫（345~590℃）、中溫（260~450℃）和低溫工藝(yi)（150~280℃）。

3.3氨氣輸入量和混合

還原劑NH₃的用量一般根據期望達到的脫硝效率，通過設定NH₃和NO_x的摩爾比來控制。催化劑的活性不同，達到相同轉化率所需要的NH₃/NO_x摩爾比不同。各種催化劑都有一定的NH₃/NO_x摩爾比范圍，當摩爾比是較小時，NH₃和NO_x的反應不完全，NO_x的轉化率低；當摩爾比超過一定范圍時，NO_x的轉化率不再增加，造成還原劑NH₃的浪費，泄漏量增大，造成(cheng)二次污(wu)染。

NH₃與廢氣的混合程度也十分重要，如混合不均，即使輸入量不大，NH₃和NO_x也不能充分反應，不僅不能到達有效脫硝的目的，還會增加NO_x的泄漏量。當速度分布均勻，流動方向調整得當時，NOx轉化率、液氨泄漏量及催化劑的壽命才能得到保證。采用合理的噴嘴格柵，并為NH₃和廢氣提供足夠長的混合通道，是使NH₃和(he)廢(fei)氣均(jun)勻混合的有效措施(shi)。

3.4NO_x的在線監測

由于噴氨量及NO_x排放濃度均根據NO_x在線監測儀表的指示值來控制，因此NO_x在線監測儀表的準確性至關重要，直接關系到催化脫硝裝置的運行效益、NO_x的排放濃度、液氨泄漏量等指標的高低。為此，NO_x在線監測儀表需要設置專業人員(yuan)進行維(wei)護、保(bao)養、校驗(yan)與檢(jian)修。

4、工業應用

SCR廢(fei)氣(qi)脫(tuo)硝(xiao)技術在工業鍋(guo)爐、燃氣(qi)/燃油鍋(guo)爐、柴油機、垃圾焚(fen)燒(shao)爐、工業窯爐、化工廠(chang)等煙氣(qi)脫(tuo)銷處理中都得到(dao)成功(gong)應用(yong)。

某(mou)電廠(chang)燃煤煙氣SCR法處理(li)裝置(zhi)的工藝(yi)設計參數見表1。該裝置(zhi)1999年(nian)投運至今，運行(xing)狀況良好，各項指(zhi)標(biao)完全達到設計性能要(yao)求。

表1 SCR法處理(li)燃煤(mei)煙(yan)氣裝置工藝(yi)設計參(can)數

某(mou)化(hua)工廠用(yong)SCR法(fa)處理硝酸(suan)尾(wei)氣裝置的工藝設計參數(shu)見表2。該裝置1993年投入運(yun)行(xing)，脫硝效(xiao)率達到93%以上，凈化(hua)尾(wei)氣達到排放標準(zhun)，環(huan)境與社會效(xiao)益顯著(zhu)。

表2 SCR法處理(li)硝酸(suan)尾氣裝置(zhi)工藝設(she)計數

5、結語

SCR法是(shi)一項可靠有效的(de)(de)(de)(de)廢氣脫硝(xiao)(xiao)技術。目前，該法在我國大陸(lu)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用還(huan)較少，除了SCR裝置(zhi)投資(zi)較高外(wai)，專業研(yan)究機(ji)構少也是(shi)一個重要原因。脫硝(xiao)(xiao)催化(hua)劑的(de)(de)(de)(de)研(yan)究開(kai)(kai)發是(shi)SCR法應(ying)用的(de)(de)(de)(de)關鍵，希(xi)望(wang)從(cong)事催化(hua)劑研(yan)究的(de)(de)(de)(de)單位能(neng)夠盡(jin)快開(kai)(kai)發出性(xing)能(neng)優良(liang)、符合我國國情的(de)(de)(de)(de)脫硝(xiao)(xiao)催化(hua)劑。

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