燃煤电厂SCR脱硝工艺的设计毕业设计.pdf

摘 要我国是能源生产与消费的大国，一次能源供应以煤炭为主，石油、天然气资源 短缺。然而我国污染物排放总量长期居高不下，远远超过环境自净能力。其中，氮 氧化物的污染不断加剧，特别是北京、上海、广州等一些大城市，氮氧化物含量超 标。SCR工艺与其它工艺相比，具有较高的NOx脱除率（80%以上），将燃煤电厂 烟气排放NOx控制在较低的浓度，以满足不断更新的更加严格的排放标准。而且该 工艺无副产物，不形成二次污染，装置结构简单，运营可靠，便于维护。本设计针对电厂燃煤锅炉产生烟气的排放要求和一些工程实例，对SCR系统的 工艺结构进行了设计计算，并对催化剂及辅助设备进行了选型。关键词：氮氧化物，SCR工艺，催化剂，结构设计AbstractOur country is th e energy production and th e expense great nation,an energy supply by th e coal,th e petroleum,and th e natural gas resource is primarily sh ort.Th erefore our country pollutant disch arge total quantity stays at a h igh level for a long time,goes far beyond th e environment automatic depuration ability.Th e nitrogen oxide pollution intensifies unceasingly,nitrogen oxide content exceeding th e allowed figure specially Beijing,Sh angh ai,Guangzh ou and oth er some big cities.Th e SCR craft compares with oth er crafts,h as th e h igh NOx removing rate(above 80%),will bum coal th e power plant h aze to disch arge th e NOx control in th e low density,and satisfies th e stricter emission standard wh ich renews unceasingly.Moreover th is craft does not h ave th e by-product,does not form secondary pollution,th e installment structure is simple,th e operation is reliable,is advantageous for th e maintenance.Th is design h as th e h aze nature and th e emissions request in view of th e power plant coal-fired boiler,h as carried on th e design calculation to th e SCR system equipments structure,and carries on th e sh aping to th e catalyst and th e supporting facility.Key words：Nitrogen oxide,SCR process,catalyst,structural design毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师 的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标 注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成 果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文 中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日 期：指导教师签名：日 期：使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与 阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日 期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年 月 日导师签名:日期：年 月 日目 录摘 要.IABSTRACT.II第一章前言.11.1 综述.11.1.1 选题背景.11.1.2 研究意义.11.2 N0 x的特性、来源和危害.21.2.1 NOx 的特性.21.2.2 NOx 的来源.21.2.3 NOx 的危害.31.2.4 燃煤电站NOx的产生.51.3 环保政策法规.51.4 NOx污染的治理.61.4.1 我国燃煤NOx排放现状.61.4.2 常规处理.61.4.3 燃烧后控制.81.5SCR脱硝工艺.111.5.1 SCR基本原理.111.5.2 典型SCR系统组成.131.5.3 SCR工艺流程.13154 SCR工艺系统布置分类.141.6 催化剂.161.7 还原剂原料.191.7.1 液氨.191.7.2 氨水.191.7.3 尿素.191.8 SCR反应器.201.9 喷氨格栅.221.10 吹灰器.231.11 影响SCR脱硝性能的几个关键因素.241.11.1 催化剂.241.11.2 反应温度.251.11.3 适当的氨气输入量及与烟气的均匀混合.25第二章SCR系统的设计与计算.262.1 项目执行标准.262.2 原始参数.262.3 SCR反应器设计计算.262.3.1 SCR反应器尺寸计算.272.3.2 塔的设计计算.292.3.3 催化剂的选型.33234喷氨系统喷射管设计.332.3.5 氨气/烟气静态混合器.342.3.6 吹灰器设计.35第三章SCR辅助设备选型.373供氨装置.373.1.1 卸氨压缩机.373.1.2 液氨储罐.383.1.3 液氨蒸发器.393.1.4 氨气缓冲罐.403.1.5 氨气稀释槽.413.1.6 氨/空气混合器.413.1.7 废水泵.423.2 液氨提升泵的选型.423.3 省煤器旁路.423.4 进出口烟道.43第四章 经济分析与工程概算.444.1 经济分析与评价的意义和基本原理.444.1.1 经济分析与评价的意义.444.1.2 经济分析与评价的基本原理.444.2 工程概算.454.2.1 编制依据.454.2.2 工程概算.454.3 技术经济分析.464.3.1 投资总额.464.3.2 职工定员.464.3.3 生产成本计算.464.4 运行与维护.484.4.1 氨区的安全规范.48442 SCR系统操作规程.484.5 安全和环境保护.484.5.1 一般规定.484.5.2 环境保护.49第五章结论与建议.505.1 结论.505.2 建议.50参考文献.51致谢.53声 明.54第一章 前 言1.1 综述1.1.1 选题背景我国是能源生产与消费的大国，一次能源供应以煤炭为主，石油、天然气资 源短缺。然而我国污染物排放总量长期居高不下，远远超过环境自净能力。其中，氮氧化物的污染不断加剧，特别是北京、上海、广州等一些大城市，氮氧化物含量 超标，局部地区甚至出现了光化学烟雾。以煤炭为主的一次能源生产和消费结构带 来了严重的环境污染问题，并损害了可持续发展的经济和环境基础。目前，火电厂氮氧化物的排放量约占全国氮氧化物排放总量的一半，火电厂的 数量仍然在不断增加。控制氮氧化物排放量已成为火电厂继烟气除尘、脱硫之后的 第三项污染重点治理工作。国家和地方环保部门对电厂污染物的排放和总量有了较 严格的控制。北京和天津的地方排放标准比国家标准要求更高。北京DB11/139-2007 锅炉大气污染物排放标准中，08年的第n时段比07年第I时段的排放要求高，以 后逐渐更加严格。单纯的低氮燃烧技术已无法满足氮氧化物的排放标准，目前应用 最广最有效的烟气脱硝主流技术是SCR技术，能达到90%以上的脱硝效率。在2010年12月3日结束的“十二五”中国精细化工产业发展研讨会上，中国化工 经济技术发展中心副总工程师、全国精细化工原料及中间体行业协作组副理事长徐 京生透露，由于新增氮氧化物控制指标，“十二五”期间，有关化肥企业的脱硝将成 为节能减排新的着力点，我国脱硝市场也将快速启动。国家将在“十二五”期间像强 制脱硫一样实施强制脱硝。据介绍，目前，国内绝大多数企业采用的脱硝技术尚处 于引进、消化吸收和初步应用阶段。环保领域在“十二五”期间的投资需求非常巨大,脱硝成为最值得关注的部分，预计“十二五”和“十三五”期间，国家在这一领域的投 资需求将高达万亿元。在脱硫、除尘之后，脱硝毫无疑问将成为“I二五”节能减排 的重中之重。1.1.2 研究意义目前我国脱硫工作已经取得较大进展，但氮氧化物的污染问题尚未得到有效控 制，酸雨类型已经从硫酸型向硫酸和硝酸复合型转化。火电厂是氮氧化物的主要排 放源，因此，对火电厂进行“脱硝”迫在眉睫。最新颁布的火电厂大气污染物排放标准与2009年发布的初稿相比，无论是“脱硝”完成时间要求，还是减排力度，都有明显提高。该标准计划从2012年开始实 施，其中，从2012年1月1日开始，所有新建火电机组NOx排放量要达到100 mg/n?；从2014年1月1日开始，重点地区所有火电投运机组NOx排放量要达到lOOmg/n?,而 非重点地区2003年以前投产的机组达到200 mg/m3o而环保部2009年7月份发布的第一次征求意见稿则要求在2015年1月1日前完成 现役机组“脱硝”，其中，重点地区NOx排放量达到200 mg/n?,非重点地区达到400 mg/m3o除了比2009年初稿要求更高之外，新标准也比欧盟相关规定要求更高。SCR烟气脱硝这一技术在欧洲、日本、美国等发达国家和地区已得到了广泛的 应用。我国SCR技术的研究始于20世纪90年代，国内绝大多数企业采用的脱硝技术 尚处于引进、消化吸收和初步应用阶段。因此，对SCR工艺进行深入研究，对我国 脱硝技术的发展有着重要意义。1.2 NOx的特性、来源和危害1.2.1 NOx的特性NOx即氮氧化物，氮氧化物包含多种化合物，如一氧化氮（NO）、一氧化二 氮（N2O）二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）和四氧化二氮（N2O4）等。除NO2外，其余NOx均不稳定，条件变化时，如遇光、热、湿会变成NO2及NO,而 NO又变成NO?。常规职业环境中接触的是几种气体混合物，常称为硝烟，主要为 NC2和NO,NO2为主。一氧化氮（NO）性质不稳定，无色，在空气中易氧化成NO2。溶于乙醇、二 氧化碳，微溶于水和硫酸。熔点-163.6C,沸点-151.5C,蒸气压力101.31kPa（-151.7）o二氧化氮（NO?）性质较稳定，溶于碱、二氧化碳和氯仿。在-11C以下时为无 色固体；在21.1以下时，暗褐色液体；21.1C时，红棕色气体，气味刺鼻。熔点-11.2,沸点21.2C,蒸气压力 10L31kPa（21）。1.2.2 NOx的来源大气中NOx污染物来源于两个方面：一是自然源，二是人为源。自然源的NOx 主要来自微生物活动、生物体氧化分解、火山喷发、雷电、平流层光化学过程、土 壤和海洋中的光解释放等。自然源产生的NOx数量比较稳定，且相对基本平衡，变 化大的是人为源。人为源的NOx由人类的生活和生产活动产生并排放进入大气。产生的NOx的 人类活动主要有：（1）燃煤电站、交通车船和飞机等化石燃料燃烧过程产生的NOx；（2）硝酸生产、冶炼等生产产品过程产生的NOx；（3）垃圾和污泥焚烧等处理废物过程产生的NOx。其中，化石燃料燃烧过程产生的NOx占主要地位，因为其随着社会的经济发展 的需求呈现增长的趋势。目前的三大环境问题是：（1）温室效应；（2）酸雨：（3）臭氧层破坏。上述大气环境问题的污染物中，都有NOx，可知其对自然界的影响力之大。NOx 具有很强的毒性，是形成光化学烟雾、形成硝酸型酸雨、破坏臭氧层的主要物质之 一。对环境、生态、人类的危害，对经济发展的阻碍都很大。1.2.3 NOx的危害各种污染源产生的氮氧化物中，绝大部分为NO,毒性不是很大，但NO在大 气中被氧化成NO2o NO2比较稳定，毒性是NO的4-5倍。NO2是一种红棕色有毒 的恶臭气体，空气中只要有0.1ppm（lppm=lRL/L）浓度就可闻到，14Ppm即有恶 臭，25Ppm就恶臭难闻了。空气中的含量在3.5x10-6（体积分数）持续1小时，开 始对人体有影响;含量为（2050）x10-6时,对人眼有刺激作用；当含量达到150 x10-6 时，对人体器官有强烈的刺激凹。NO2对人类和动植物的危害很大。更为严重的是，NO?在日光作用下会产生新 生态氧原子（NO2NO+O）,这种新生态氧原子在大气中将会引起一系列连锁反 应，并与未燃尽的碳氢化合物一起形成光化学烟雾，其毒性更强。如在20世纪70 年代初，日本东京发生的一起光化学烟雾，使上万人喉头发炎，眼鼻受到刺激甚至 昏倒。因在这一些反应中产生了各种毒性很强的二次污染物。如臭氧、过氧乙酰硝 酸酯（PAN）、过氧基硝酸酯（PBN）以及过氧硝基丙酰（PPN）等。大气NOx 浓度的微小增加都会加重光化学烟雾的污染。造成区域性的氧化剂污染和细颗粒物污染，使区域空气质量退化，太阳辐射减少，气候发生变化，对生态系统造成损害,使农作物减产。光化学烟雾会使大气能见度降低，对眼睛、喉咙有强烈的刺激，并 产生头痛、呼吸道疾病恶化，严重的甚至死亡。表1-1 NC)2不同浓度对动植物的危害NO2的浓度/ppm危 害0.54个小时，肺细胞病理组织发生变化；312个月，患肺气肿，抵抗力下降1闻到臭味2.5大于7个小时、农作物如西红柿、豆类等的叶子变白3.5大于2个小时，动物感染细菌的机会增大5臭味强烈10-15眼、鼻及呼吸道受到刺激25人只能短时间暴露501分钟内，鼻受强烈刺激，呼吸异常805分钟内，感到胸痛1001501小时内，因肺水肿而死亡200以上人立即死亡由于大气的氧化性，NO在大气中可形成硝酸和硝酸盐细颗粒物，同硫酸和硫 酸细颗粒物一起，发生远距离传输，加速了区域性酸雨的恶化。我国一些地方的 酸雨污染已经由单一的硫酸型向硝酸根离子不断增加的复合型转化。大气中的NOx也破坏着臭氧层，臭氧层对大气的循环以及大气的温度分布起着 重要的作用。臭氧层被破坏使平流层获得的热量减少，达到地球表面的太阳辐射增 加，导致全球气候变化。紫外线的UV-B段辐射增强会引起皮肤病、白内障及免疫 系统的疾病等。大气被NO2污染后还会使得机器设备和金属建筑物过早地损坏；妨碍和破坏植 物的生长；降低大气的可见度；阻碍热力设备出力的提高，甚至使设备的效率降低 11.2.4 燃煤电站NOx的产生煤燃烧产生的氮氧化物主要来自两个方面：一是燃烧时空气带进来的氮，在高 温下与氧反应所生成的NO,它被称为“热力NO”(T-NO)；二是来自燃料中固有 的氮化合物经过复杂的化学反应所生成的氮的氧化物，称为“燃料NO”(F-NO)。这 两部分氮的氧化物的形成机理是不同的。除此之外，还有一部分是分子氮在火焰前 沿的早期阶段，在碳氢化合物的参与影响下，通过中间产物转化的NOx，称为“瞬 态型的NOx”，这部分数量很少，一般不予考虑。1.3 环保政策法规随着国家的“五年”计划实施，国家对燃煤发电的污染物排放问题给予了高度的 重视。1997年国家环保总局发布了“九五”期间全国主要污染物排放总量控制实施方 案，确定了“九五”期间对二氧化硫在内的12种污染物的总量控制原则。并将脱硫 脱硝列入国家环境保护科技发展“九五”计划和2010长远规划，同年8月，国家 科委将脱硫装置列入国家高新技术产品目录。1998年发布了关于在酸雨控制区和二氧化硫污染控制区开展征收二氧化硫排 污费扩大试点的通知，规定了二氧化硫排污费的征收范围和征收标准。2002年再次修订了中华人民共和国大气污染法，对于超过排放标准或者总 量控制指标的新建、扩建项目必须配套建设脱硫装置，在两控区内，已建企业超过 排放标准的，必须规定限期治理；也要求企业对燃烧过程中产生的氮氧化物采取措 施。2003年发布了排污费征收标准管理办法，规定从2004年7月1日期，NOX 排污费俺0.6元/当量(1当量=0.95千克)收取。2004年3月7日，实施最新的GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准,通过排放量和排放浓度的双重控制，11、111时段燃煤$02为4000/0?；11时段燃煤 NOx为650mg/n?,III时段燃煤NOx为450mg/n?。北京市环保局及北京时技术监督局联合颁发了“锅炉污染物综合排放”北京市 地方标准DB11/139-2002,提出了更为严格的排放标准。1.4 NOx污染的治理1.4.1 我国燃煤NOx排放现状电力行业是国民经济的基础行业，经济的快速发展，电力需求随之不断增长。大容量高参数的火电机组正成为电力工业的主力机组，燃煤电厂的NOx排放总量日 益增加。仅电厂燃煤量就占全国煤炭消耗总量的约50%,这个比例仍有不断增加的 趋势，其燃煤产生的大气污染物也将持续增长。我国燃煤发电主要是直接燃烧的方式，煤炭燃烧产生大量的烟尘、硫氧化物、氮氧化物、汞等重金属氧化物，以及二氧化碳，还有废水和固体排放。经过近几十 年的努力，固体渣和废水的排放、烟尘的排放都得到了有效的控制。二氧化硫的排 放控制也取得了成效。因此，氮氧化物成为继二氧化硫之后燃煤发电污染物治理的 重点。据测算，我国2000年氮氧化物的排放量为1500万吨，如果不加以控制，预计 到2020年氮氧化物的排放量将达到2639万吨。然而我国环境的二氧化硫容量只有 1620万吨，氮氧化物的环境容量只有1800万吨。出现酸雨的城市已有265个。控制 氮氧化物的排放是我国经济可持续发展亟待解决的重要问题。1.4.2 常规处理目前，我国的燃烧产生氮氧化物控制方法主要有燃烧前控制、燃烧中控制和燃 烧后控制三类。1.燃烧前控制燃烧前控制是指选用低氮燃料，成本很高，工程上应用较少。2.燃烧中控制燃烧中控制是指改进燃烧方式和生产工艺，采用低NOx燃烧技术，降低炉内 NOx生成量。低NOx燃烧技术的主要途径有以下几个方面巴（1）减少燃料周围的氧浓度。包括：减少炉内过量空气技术，以减少炉内空气总量；减少一次风量和减少挥发分 燃尽前燃料与二次风的混合，以减少着火区的氧浓度；（2）在氧浓度较少的条件下,维持足够的停留时间，使燃料中的氮不易生成NOx，而且使生成的NOx经过均相 或多相反应而被还原分解；（3）在过量空气的条件下，降低温度峰值，以减少热力 型NOx的生成，如采用低热风温度和烟气再循环等。最常用的低NOx燃烧技术包含了低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃 烧和烟气再循环等技术。分级燃烧就是把燃烧分阶段完成，通过调整燃烧工况来 达到低NOx生成量的一种炉内控制技术。低NOx燃烧技术的特点是工艺成熟，投资 和运行费用低。（1）空气分级燃烧它是目前应用较为广泛的低NOx燃烧技术，其主要原理是将燃料的燃烧过程 分段进行。是将燃烧用风分为一、二次风；减少煤粉燃烧区域的空气量即一次风量,提高燃烧区域的煤粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成 一个过量空气系数在0.8左右的富燃料区，使燃料在富燃料区进行欠氧燃烧，使得 燃烧速度和温度降低，从而降低NOx的生成。欠氧燃料产生的烟气再与二次风混 合，使燃料完全燃烧。最终空气分级燃烧可使NOx生成量降低30%40%。（2）燃料分级燃烧燃料分级燃烧乂称为燃料再燃技术，是指在炉膛内，设置一次燃料欠氧燃烧的 NOX还原区段以控制最终NOX生成量的一种措施。在NOx遇到煌根CHi和未完全 燃烧产物CO、H2、C和CnHm时会发生NOx的还原反应。利用这一原理，把炉膛 高度自下而上一次分为主燃区、再燃区和燃尽区。再燃区不仅使主燃区已生成的 NOx得到还原，同时还抑制了新的NOx的生成，进一步降低NOx的生成量。再燃 区上方布置燃尽风（OFA）以形成燃尽区，以使再燃区出口的未完全燃烧产物燃烧,达到最终完全燃烧的目的。（3）烟气再循环也是常用的燃烧中降低NOx排放量的方法之一。该技术是将锅炉尾部的10%30%的低温烟气经烟气再循环风机回抽并混入助燃空气中，经燃烧器或直接送入炉 膛或与一次风、二次风混合后送入炉内，从而降低燃烧区域的温度，同时降低燃烧 区域氧的浓度，最终降低的NOx生成量，并具有防止锅炉结渣的作用。（4）低过量空气燃烧使燃烧过程尽可能地在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减 少，可以抑制NOx的生成，是一种简单的降低NOx的方法。如果炉内氧的浓度过 低，低于3%时，会造成CO的含量急剧增加。也会引起飞灰含碳量的增加，导致 机械未完全燃烧损失的增加，燃烧效率降低。因此，采用低过量空气燃烧来降低 NOx排放有一定限制。（5）低NOx燃烧器其特点是在燃烧器出口实现分级送风并与燃料合理配比，达到抑制NOx生成 的目的。其设计用于控制燃烧器附近燃料与空气的混合及理论空气量，以阻止燃料 氮向NOx转化和生成热力NOx，同时又要保持较高的燃烧效率。主要是通过控制 燃烧器喉部燃料和空气的动量及流动方向来实现的。1.4.3燃烧后控制燃烧后控制是指在烟道尾部加装脱硝装置，将烟气中NOx转变为无害的N或 有用的肥料。其脱氮方法可分为湿法脱硝和干法脱硝。由于烟气脱硝的NOx脱除 率高，运行简单。探求技术上先进，经济上合理的烟气脱硝技术是我国控制氮氧化 物排放工作的重点。由于炉内低NOx燃烧技术的局限性，使得NOx的排放控制不能达到国家排放 标准，为了进一步降低NOx的排放，必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。在对NOx 排放要求非常严格的国家，如德国和日本，就是先采用采用低NOx燃烧器减少一 半以上的NOx后再进行烟气脱硝，降低脱硝装置入口的NOx浓度，减少投资和运 行费用。1.湿法烟气脱硝技术该技术是利用液体吸收剂将NOx溶解的原理来净化燃煤烟气。（1）稀硝酸吸收法由于NO和NO?在硝酸的溶解度比在水中的大得多，故采用稀硝酸吸收法以 提高NOx去除率的技术得到广泛应用。随着硝酸浓度的增加，其吸收效率显著提 高，但考虑工业实际应用及成本等因素，实际操作中所用的硝酸浓度一般控制在 15%20%。稀硝酸的吸收效率，除了与本身的浓度有关外，还与吸收温度和压力 有关，低温高压有利于NOx的吸收。（2）碱性溶液吸收法该法是采用NaOH、KOH、Na2co3、NH3H2O等碱性溶液作为吸收剂对NOx 进行化学吸收，其中氨的吸收率最高。吸收液经多次循环，碱液耗尽之后，将含有 硝酸盐和亚硝酸盐的溶液浓缩结晶，可做肥料使用。广泛用于常压法、全低压法硝 酸尾气处理。其优点是能将NOx回收为有销路的亚硝酸盐或硝酸盐产品，有经济 效益，工艺流程和设备也较为简单；缺点是吸收不高，对烟气中的NOx/NO的比例 有一定限制湿法烟气脱硝具有吸收剂种类多、来源广泛、适应性强的优点，能以硝酸盐等 形式回收NOx，达到综合利用的目的。但其实际应用系统较复杂、能耗高；并且 需要大量的液体吸收剂来洗涤锅炉烟气，同时吸收废气后的溶液难以处理，还容易 造成二次污染。因此该技术对于含NOx浓度较高的、大烟气量的燃煤电站来说不 宜采用。2.干法烟气脱硝技术与湿法烟气脱硝技术相比，干法烟气脱硝技术的主要优点有：基本投资低，设 备及工艺过程简单，脱除NOx的效率也较高，无废水和废弃物处理，不易造成二 次污染。目前有两类商业化的干法烟气脱硝技术，分别称为选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)和选择性非催化还原法(selective noncatalytic reduction,SNCR).(1)选择性催化还原法SCR由美国Eegelh ard公司发明，于1959年申请专利。是利用NH3和催化剂 在温度为200c450时将NOx还原为N2oSCR法中催化剂的选取是关键。对催化剂的要求是活性高、寿命长、经济性好 和不产生二次污染。SCR法是国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。SCR法的优点 有：使用了催化剂，反应温度较低；净化率高，可达85%以上；工艺设备紧凑，运 行可靠；还原后的氮气放空，无二次污染。但也存在一些明显的缺点：烟气成分复 杂，某些污染物可使催化剂中毒；高分散度的粉尘微粒可覆盖催化剂表面，使其活 性下降；系统中存在一些为反映的NH3和烟气中的SO2作用，生成易腐蚀和堵塞 设备的硫酸镂盐，同时还会降低氨的利用率；投资与运行费用较高。(2)选择性非催化还原法SCR技术的催化剂费用通常占到SCR系统初始投资的50%60%,其运行成 本在很大程度上受催化剂寿命的影响。因此SNCR应运而生。其基本的原理是把含 有氨基的催化剂喷入炉膛温度为8 00C1100C这一狭窄的温度范围，在没有催化 剂的情况下，该还原剂迅速热分解成氨并与烟气中的NOx进行反应，使得NOx还 原成N2和H2O,基本上不与。2发生作用。通常以尿素或氨基化合物作为还原剂将NOx还原为N2o因为需要较高的反应 温度（9301090C）还原剂通常注进炉膛或者紧靠炉膛出口的烟道。主要的化学 反应为：4NH3+6NO-5N2+6H2O（1）可能的竞争反应包括：4NH3+5O2-4NO+6H2。（2）4NH3+3O2T4N2+6H2O（3）还原剂尿素或氨基化合物必须注入最佳温度区，才能确保反应占主导；如果 温度超过1100,反应（2）、（3）将变得重要；如果温度低于所希望的区间，残 留氨量将会增加“支该法的优点是不需要催化剂，投资较SCR小，比较适合于环保要求不高的改 造机组，目前大部分锅炉都不采用此法，主要原因有：效率不高；反应剂和运载介 质（空气）的消耗量大；氨的泄露量大；生成的硫酸镂盐会腐蚀和堵塞下游的空气 预热器等设备。3.电子束治理技术电子法的原理是利用电子加速其产生的高能电子束，直接照射待处理的气体，通过高能电子与气体中的氧分子及水分子碰撞，使之离解、电离，形成非平衡等离 子体，其中所产生的大量活性粒子（如OH,-和ho等）与污染物进行反应，使之氧化去除。许多国家已经建立了一批电子束试验设施和示范车间。日本、德国、美国和波 兰的示范车间运行结果表明，这种电子束系统去除SO2的总效率超过95%,去除 NOx的效率达到80%85%。电子束照射法脱除NOx的技术，是当今烟气系统脱硝的一项新技术，可以同 时处理大型燃煤电站的SO2、NOx和飞灰。但电子束照射法仍有不少缺点：（1）能 量利用率低，当电子能量降到3eV以下后，将失去分解和电离的功能，剩余的能量 将浪费掉；（2）电子束法所采用的电子枪价格昂贵，电子枪及靶窗的寿命短，所需 的设备及维修费用高；（3）设备结构复杂，占地面积大，X射线的屏蔽与防护费用 较大。上述原因限制了电子束法的实际应用和推广。4.生物法处理技术生物法处理技术的实质是利用微生物的生命活动将NOx转化为无害的无机 物，及微生物的细胞质。由于该过程难以在气相中进行，所以气态的污染物要先经过从气相转移到液相 或固相表面的液膜中的传质过程。可生物降解的可溶性污染物从气相进入滤塔填料 表面的生物膜中，并经扩散进入其中的微生物组织，然后，污染物作为微生物代谢 所需的营养物，在液相或固相被微生物降解净化。美国爱达荷国家工程实验室（Idao National Engineering Laboratry）的研发人员 最早发明了用脱硝菌还原烟气中的NOx的工艺。当烟气在塔中的停留时间约为 Imin、NO进口浓度为335mg/n?时，NO的去除率可达到99%。塔中细菌的最适温 度为 30-40,pH 值为 6.58.5。虽然微生物处理烟气中NOx成本低，设备投入少，但要实现工业应用还有许 多的问题需要克服：（1）微生物的生长速度相对较慢，要处理大流量的烟气，还需 要对菌种作进一步的筛选；（2）微生物的生长需要适宜的环境，如何在工业应用中 营造合适的培养条件将是必须克服的一个难题；（3）微生物的生长，会造成塔内填 料的堵塞。对于工艺上要求连续安全稳定运行、并有大容量的燃煤电站锅炉烟气脱除NOx 的系统来说，用生物法处理电站烟气中的NOx目前还处于试验阶段，存在着明显 的缺陷，例如吸收塔的空塔气速、烟气温度、反硝化细菌的培养、细菌的生长速度 和吸收塔的堵塞等问题都有待解决。此技术要运用到实际工程中，还需要进一步的 研究和发展。工业运行的数据表明，SNCR工艺的NO还原率较低，通常在30%60%的范 围，而SCR工艺对NOx的转化率为60%90%。SCR技术对锅炉烟气NOx控制效 果十分显著，占地面积小，技术成熟，易于操作，目前已成为世界上应用最多、最 为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。1.5 SCR脱硝工艺1.5.1 SCR基本原理选择性催化还原（SCR）脱硝原理是在一定的温度和催化剂的作用下，还原剂 有选择地把烟气中的NOx还原为无毒无污染的N2和氏0。催化的作用是降低分解 反应的活化能，使其反应温度降低至150450c之间。因为电厂实际使用的温 度范围是290c430,若无催化剂，反应温度较高(98 0C左右)，超出了电厂 温度范围。还原剂有氨水、液氨及尿素，工业上常应用的是液氨，其次是尿素。以 氨为还原剂的SCR反应如下。主反应方程式：4NO+4NH3+O2-4用+6H2O(4)NO+2NO2+2NH3-+3H2O(5)6NO+4NH3-5用+6H2O(6)6NO2+8 NH3 +6H2O(7)副反应方程式：4NH3+3。2-2用+6H2O(8)2NH3 N2+3H2(9)4NH3+3C)24NO+6H2O(10)2SO2+O2-2sO3(11)nh3+so3+HzO-NH3Hse)4(12)2NH3+SO3+H2O-(NH4)SO4(13)反应(4)为主要反应，因为烟气中的儿乎95%的NOx均是以NO的形式存在。在反应过程中，NH3可以选择性地和NOx反应生成N2和H2O,而不是被。2所氧 化，其基本原理如图1-1所示。图1-1 SCR基本反应原理1.5.2 典型SCR系统组成烟气脱硝系统由还原剂的制备系统和脱硝反应系统两部分组成，见图1-2。脱 硝反应系统有SCR催化反应器、喷氨系统、稀释空气供应系统所组成。液氨存储和 供应系统有液氨卸料压缩机、液氨储槽、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽、氨气稀释槽、废水泵和废水池等。1.5.3 SCR工艺流程典型的SCR主要工艺流程为：还原剂即液氨用灌装卡车运输，以液体形态储 存于氨罐中，液态氨在注入SCR系统烟气之前经由蒸发器蒸发汽化；汽化的氨和 稀释空气混合，通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中；充分混合后的还原 剂和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，以达到去除NOx的目的。SCR的基本操作运行主要包含以下几个步骤：（1）氨的准备与储存；（2）氨的蒸发并与预混空气相混合；（3）氨与空气的混合气体在反应器的适当位置喷入烟气系统中，其位置通常 在反应器入U附近的烟气管路内；（4）喷入的混合气体与烟气的混合；（5）各反应物向催化剂表面的扩散并进行反应。1.5.4 SCR工艺系统布置分类根据SCR反应器工作环境，如温度、粉尘浓度的不同，主要有高尘、低尘和 尾部布置方式。1.高温高尘布置该布置方式中SCR反应器在省煤器的下游、空气预热器和除尘装置的上游、烟气温度约为350的位置。SCR高温高尘布置工艺系统见图1-3所示。图1-3高温高尘布置这种布置的优点是进入反应器的烟气温度达到28 0c420C,多数催化剂在 这个温度范围内有足够的活性。缺点是催化剂在未经除尘的烟气中，寿命会受以下 因素影响：（1）飞灰含有Na、K、Ca、Si、As等，使催化剂中毒，受污染；（2）催化剂 受飞灰磨损；（3）飞灰是催化剂通道堵塞；（4）烟气温度降低，N%和SO3反应生 成（NH3）SO4,使反应器通道和下游的空气预热器堵塞。为了尽可能延长催化剂的使用寿命，除了应选择合适的催化剂外，还要使反应 器通道有足够的空间以防堵塞，同时要有防腐和防磨的措施。2.高温低尘布置当静电除尘器布置在空气预热器的上游时，通常使用低尘SCR系统。如图1-4 所示。低尘SCR系统较高尘SCR系统具有更低的成本。图1-4高温低沉布置高温低尘布置的优点：（1）烟气经静电除尘器后，粉尘浓度降低，可延长催化 剂的寿命；（2）独立存在，不影响锅炉的正常运行；（3）氨泄漏量与高温高尘布置 方式的相比要少。缺点：（1）烟气通过静电除尘器后，温度会下降；（2）烟气含大量的S02,催 化剂使部分S02转化为S03,与泄漏的氨生成具很强腐蚀性的硫酸镂盐.；（3）国内 运用经验很少，可供参考的工程实例也少。3.低温低尘布置这种布置方式通常将SCR反应器布置在所有的气体排放控制设备之后，此时 的烟气经前面的气体控制设备，已经除去了绝大多数对催化剂有害的成分。SCR 低温低尘布置工艺系统如图1-5所示。低温低尘布置的优点：（1）烟气经过了除尘脱硫，可采用更大的流速，使催化 剂消耗量减少；（2）氨逃逸量与其它布置方式相比是最少的；（3）不会产生S03,防止二次污染。缺点：(1)烟气经除尘脱硫后，温度降低，低于氨还原NOx反应所需的温度,需要重新加热，增加投资和运行成本；(2)很难找到符合反应条件的催化剂。空气锅炉图1-5低温低尘布置综上所述，由于高温高尘工艺布置是目前应用最为广泛的一种。在SCR市场 中，其占有绝对的优势，国内的脱硝系统几乎采用这种布置方式。以下的设计中采 用高温高尘布置方式。1.6 催化剂选择优良的催化剂是SCR技术的关键。催化剂有贵金属和普通金属，贵金属易 与硫氧化物反应，又昂贵，工程中不建议采用。常用的金属基催化剂含有氧化研(V2O5)、氧化钛(TiCh)等，其中V2O5的活性好、表面呈酸性，容易将碱性的NH3 捕捉到催化剂表面，其特定的氧化优势有利于将氨和NOx转化为氨水和水，并且工 作温度较低(350450),能在富氧环境下工作，抗中毒能力较强，可负载于 A12O3 SiO2等氧化物中。电厂所用的V2O5催化剂大都是负载在锐钛矿晶型TiCh上 的钢氧化物，辅以鸨与铝为助催化剂，一般做成蜂窝形状或敷于陶瓷介质上口 3以下对催化剂的种类进行介绍：按温度分类，可分为三类：高温催化剂，345590；中温催化剂，260380；低温催化剂，8 0300o目前，国内外SCR系统大多采用高温催 化剂，反应温度在280420c之间。按原材料分类，有三种类型：贵金属型、金属氧化物型和离子交换的沸石分子 筛型。第一类催化剂主要Pt-Rh和Pd贵金属类催化剂，通常以氧化铝等整体式陶瓷作 为载体。早期设计的SCR系统中多采用此类催化剂，其对SCR反应有较高的活性，且反应温度较低，缺点是是对NH3有一定的氧化作用。目前仅应用于低温条件下以 及天然气燃烧后NOx的脱除。第二类的金属氧化物类催化剂，广泛应用的SCR催化剂大多是以二氧