摘要：在厦门西部二期工程的设计过程中，对于SCR装置多次讨论，随着环保要求的逐步提高，采用“SNCR＋SCR”的组合工艺，将势必为发展趋势。本文分析SCR的优缺点及用范围，供项目前期方案确定阶段，讨论是否增加SCR装置。
关键词：SCR；氮氧化物；脱硝；
0引言
为积极响应国务院《“十三五”节能减排综合工作方案》的要求，有效降低生活垃圾焚烧发电厂氮氧化物（NOX）的排放量，进一步提升厦门大气环境质量，保障生活垃圾焚烧发电厂周边民众的身体健康，通过对SCR在工艺上、运营上、成本上进行初步分析，探讨SCR在生活垃圾焚烧领域的应用情况。
1、SCR与SNCR简介
目前，NOX 的净化方法有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）等形式。
选择性催化还原法（SCR）
选择性催化还原法就是在固体催化剂存在下，利用各种还原性气体如H2、CO、烃类、NH3 和NO 反应使之转化为N2 的方法。以NH3 做还原剂时，金属氧化物（如V2O5、MnO2 等）是最常用的SCR 工业催化剂。用NH3 催化还原NO 脱硝效率高，为了达到反应所需的温度，烟气在进入催化反应器前需加热。SCR 法可将NOX 的浓度控制在100mg/Nm3 以下，脱硝效率高但投资费用比SNCR 法高。
选择性非催化还原法（SNCR）
SNCR 法不需要催化剂，在高温800-1000℃条件下，直接向炉膛内喷射还原剂（氨水或尿素），将NOX 还原为N2。目前国内垃圾焚烧电厂已有成功运行的实例，均能将NOX 的浓度控制在200 mg/Nm3 以内。
二者特性对比见下表：
选择性催化还原法（SCR），脱除效率高，被认为是最好的固定源脱硝技术，但是投资和运行费用高，还原剂的泄漏也是需要关注的问题；选择性非催化还原法（SNCR），与SCR 相比，脱除效率低，运行费用低，技术已工业化。
2、SCR在厦门西部二期项目的分析
SCR 工艺在布置上有二种形式，一是高尘高温布置，二是低尘低温布置。
高温高尘布置：SCR 反应器布置在锅炉边上，将锅炉的省煤器与空气预热器之间的烟道隔断，接上SCR 反应器，烟气经脱硝后进入空预器。进SCR 反应器的烟气温度在400℃左右，是催化剂最合适的温度，但此时烟气中烟尘含量也是最高的时候，此种布置必须与锅炉制造商配合才行。该布置在燃煤电厂有应用，但在垃圾焚烧行业不适合，因为垃圾焚烧产生的烟尘对催化剂具有毒性。
低温低尘布置：将SCR 反应器布置在脱酸系统后面，此时的烟气中灰尘含量已很少，一般在100mg/m3 以下，SO2 及其他有害物质也很少了，这对催化剂而言很有利，磨蚀与中毒的程度很低，可以选用活性高的低温催化剂。由于进入SCR 反应器的烟气温度仅90℃，需将烟气加热升温，加热过程耗能巨大，对运行成本的影响很大。
但是目前国内垃圾焚烧发电厂引入脱氮处理环节的时间不长，且采用“非选择性催化还原（SNCR）”工艺相对较多，采用SCR工艺的案例较少。SCR是在烟气温度为250～350℃区域设置触媒反应塔，以喷入烟气中的氨作为还原剂，让NOx的还原反应在触媒的存在下，得以有效进行。此种NOx去除法，被应用于处理由燃天然气、燃煤锅炉所产生较洁净的烟气，但使用于尚含有SOx、粒状污染物等污浊烟气时，则会降低触媒活性及粒状污染物附着造成阻塞等困扰。因此在垃圾焚烧行业较少运用。
3、SCR在厦门西部二期项目的应用
通过调查、咨询和实地考察，经认真分析比较，认为厦门西部二期工程在建设期间同步建设SCR烟气处理系统不仅很有必要，也完全可行。
增设SCR烟气处理系统符合国务院《“十三五”节能减排综合工作方案》和厦门“建设‘五大发展’示范城市”的要求。本世纪以来，我国对于氮氧化物的排放标准已由2001年的400mg/Nm3调整为2014年的250mg/Nm3。随着我国经济社会的发展和生态文明建设的不断推进，国务院有可能制定更高更严的排放标准。
厦门西部二期工程原设计的“SNCR+半干式（旋转喷雾）脱酸反应塔+活性吸附+干粉喷射脱酸+布袋除尘器”烟气净化系统工艺，虽然可实现《垃圾焚烧厂大气污染物排放限值（ＧＢ18485－2014）》的要求，但对照发达国家标准和“建设五大发展示范城市”的要求，依然有较大差距。
4、厦门西部二期项目的实际运用
此项目最终增设SCR系统。SCR脱硝装置设在袋式除尘器和增压风机之后。它的主要作用是将烟气中的氮氧化物浓度至少降至规定的排放标准之下。烟气在通过增压风机后由烟气-烟气换热器用循环烟气加热至约175℃，然后通过蒸汽-烟气换热器用高压饱和蒸汽加热至约230℃。
通过选择性催化还原（SCR）可以减少烟气中NOx（氮氧化物的含量），催化剂表面存在氨气。烟气在烟气-烟气换热器通过热量与清洁气体的交换将烟气加热，然后再通过蒸汽-烟气换热器将烟气加热至230℃。
烟气经过蒸汽-烟气换热器加热以后，再流经催化剂层。蒸汽-烟气换热器是通过锅炉汽包抽取的高压蒸汽来进行加热的。
SCR系统流程示意图如下：
根据反应前后的烟气流量和氮氧化物含量，控制氨气的喷入量。
尿素站提供脱硝工艺使用的尿素溶液。尿素溶液采用双流体喷嘴喷射，在稀释系统进行气态氨与稀释烟气的混合，然后经由SCR吸附塔中的AIG与控制系统喷入。
脱硝系统运行需要的气态氨（NH3）由尿素热解装置提供，用风机喷入脱硝装置。
氨气经由AIG均匀分布在催化剂表面，散开。所需的氨气量可通过控制阀进行精确测量。为了控制烟气排放，在烟囱内安装有检测系统。
采用氨气做催化剂还原反应剂，氮氧化物在塔体内还原反应生成氮气和水，反应塔包含蜂窝催化剂以及预留一层备用催化剂的空间，组成模块。
催化剂的功能是破坏NOx，通过添加氨气（NH3）作为还原剂（选择性催化还原）起到选择还原作用。氮氧化物（NO和NO2）在氨气和选择性催化剂的共同作用下，生产氮气和水蒸汽。为了控制反应强度（主反应和次反应），所选催化剂的化学、物理和几何特征均需根据应用情况进行调整。
催化剂的活性成分是五氧化二钒（V2O5）和三氧化钨（WO3）。为了使催化剂得到必要的高活性能量，催化剂应该具有大的比表面积及合适的孔结构。
从SCR反应器出来的烟气经过烟气-烟气换热器、引风机后从烟囱排入大气。
催化剂是以二氧化钛（TiO2）为载体的均质催化剂，均匀分布着五氧化二钒（V2O5）和三氧化钨（WO3）等活性组分。本方案采用进口低温蜂
窝式催化剂。该催化剂的活性温度范围200～380℃，每个催化剂单元拥有丰富的表面面积，且具有高防毒性能，在同等效能下使用催化剂的量较少，较低的初始用量和较长期的催化剂寿命，使低温催化反应器装置可以设计得更紧凑，系统阻力低。催化剂分一层设置，总体积为51.2m3。
反应器设计成烟气竖直向下流动，反应器入口设气流均布装置，反应器入口及出口段设导流板，对于反应器内部易于磨损的部位设计必要的防磨措施。反应器内部各类加强板、支架设计成不易积灰的型式。
低温催化反应器内的催化剂根据总装填量设一层，层高为2.66m，并预留备用层，备用层为半层，与初装层的技术要求一致。
低温催化反应器整体结构设计充分考虑最上层催化剂入口的烟气流速偏差、烟气流向偏差、烟气温度偏差以及NH3/NOx摩尔比偏差等。
该低温催化反应器为脱氮和二恶英一体化设计。
5、结论
随着政府对环境问题的重视，国民环保意识的增强，生活垃圾焚烧工程的排放标准不断提高。由于现有工业污染物的排放，部分项目当地的环境污染物容量已接近极限，国内部分项目氮氧化物的排放十分严格。烟气净化工艺方案的确定应以立足国情，适当超前，方便操作，技术成熟，达到目前国际水平为指导思想，同时应结合项目所在地经济发展水平及环保要求。
随着环保要求的逐步提高，国内同类城市新建的垃圾焚烧发电厂项目一般要求NOx排放浓度达到100 mg/Nm³～150 mg/Nm³之间，则要求脱硝效率在62.5%以上，单独采用SNCR工艺难以达到要求。因此采用“SNCR＋SCR”的组合工艺，将势必为发展趋势。
论文作者:行志辉,刘祚勖
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：烟气论文; 催化剂论文; 反应器论文; 氧化物论文; 选择性论文; 还原法论文; 厦门论文; 《基层建设》2019年第20期论文;