摘 要：NOX主是大气污染的主要污染物，SCR脱硝系统是火力发电厂烟气脱硝系统的主要应用形式，通过工艺流程及原理分析，阐述实践应用情况。
关键词：SCR 脱硝系统 流化床锅炉 实践与应用
1．脱硝系统应用背景
目前我国燃煤发电厂运行过程中产生的氮氧化物主是大气污染的主要污染物，主要包括NO、NO2，以及少量的N2O,其中NO占90%，NO2占5%-10%，N2O仅占1%左右。氮氧化物在一定的条件下可以和碳氢化合物一起形成光化学烟雾破坏大气环境；另一方面，也是形成酸雨的主要因素，给农业、林业等生态系统，人类的生存环境构成巨大威胁。燃煤电站氮氧化物的生成与排放量主要取决于NO，因此火力发电厂烟气脱硝系统主要是对NO的治理过程。
山东滕州盛源热电有限公司现配置有济南锅炉厂生产的130t/h循环流化床锅炉2台，于2014年配套安装SNCR脱硝系统，运行后烟气中氮氧化物浓度可降至200mg/m3。随着经济社会发展，人民对改善生活环境要求越来越强烈，降低污染物排放，2018年1月份实施了SCR脱硝系统改造，实现了烟气中氮氧化物50mg/m3超低排放标准。
2．SCR脱硝系统原理及工艺流程
2.1 SCR脱硝系统原理
SCR是（Selective Catalytic Reduction）的缩写，即选择性催化还原法脱硝，是利用还原剂在催化剂的作用下有选择性地与烟气中氮氧化物发生化学反应，生成氮气和水的方法。
选择性是指在催化剂的作用和氧气存在条件下，NH3优先和NOX发生还原脱除反应，生成氮气和水，而不与烟气中的氧进行氧化反应。采用催化剂时其反应温度可控制在300-400℃下，其反应过程为放热形式，由于氮氧化物在烟气中的浓度较低，故其反应引起催化剂温度的升高的幅度较小，影响可以忽略不计。
2.2 SCR脱硝系统工艺流程
选择性催化还原法（SCR）脱硝系统，采用的脱硝还原剂的有效成份为NH3，工艺流程概括为来自脱硝剂制备区来的浓度为20%的氨水，与锅炉二次风道引来的风，在蒸发器中充分混合并加热器成为氨蒸汽，混合气体进入位于烟道内的氨注入格栅，在注入格栅前设有手动调节和流量指示，在系统投运初期可根据烟道进出口检测氮氧化物浓度来调节氨的分配量，调节结束后可基本不再调整。
混合气体进入烟道与烟气充分混合，然后进入SCR反应器，SCR反应器操作温度可在280℃～410℃，SCR反应器的位置位于省煤器与空预器之间，温度测量点位于SCR反应器前的进口烟道上，当出现280℃～410℃温度范围以外的情况时，温度信号将自动连锁关闭氨进入氨/空气混合器的快速切断阀。反应生成水和氮气随烟气进入空气预热器。在SCR进口设置氮氧化物,O2温度监视分析仪，在SCR出口设置氮氧化物,O2、NH3监视分析仪。NH3监视分析仪监视NH3的逃逸浓度小于3ppm，超过时则报警。
反应方程式如下：
由于氨的爆炸极限(在空气中体积) 15～28％，为保证安全和分布均匀，稀释风机流量按100%负荷氨量的1.15倍对空气的混合比为5%设计。氨的注入量控制是由SCR进出口氮氧化物,O2监视分析仪测量值、烟气温度测量值、稀释风机流量、烟气流量（由燃煤流量换算求得）来控制的。为保证氨不外泄，稀释风机出口阀设有故障连锁关闭，并发出故障信号。
在氨气进装置分管阀后设有氮气预留阀及接口，在停工检修时用于吹扫管内氨气。
2.3影响SCR脱硝系统的因素：
2.3.1 烟气温度
脱硝过程一般在280～410℃内进行，在此温度范围内催化剂的活性最大，因此也决定了SCR反应器应布置在锅炉省煤器与空预器之间，便于得到有效地反应温度，保证脱硝的效果。
2.3.2飞灰特性和颗粒尺寸
烟气的组成成分对催化剂的影响因素主要是烟气粉尘浓度、颗粒尺寸和重金属含量。粉尘浓度、颗粒尺寸决定了催化剂节距选取，浓度高时应选择大节距，以防堵塞，同时粉尘浓度也影响催化剂量和使用寿命。某些重金属还能使催化剂中毒，例如：砷、汞、铅、磷、钾、钠等，尤以砷的含量影响最大。
2.3.3烟气流量
氮氧化物的脱除率对催化剂影响是在一定烟气条件下，取决于催化剂组成、比表面积、线速度LV和空速SV。在烟气量一定时，SV值决定催化剂用量。LV决定催化剂反应器的截面和高度，因而也决定系统阻力。
2.3.4中毒反应
在脱硝同时也有副反应发生，如SO2氧化生成SO3，氨的分解氧化（>450℃）和在低温条件下（<280°C ）SO2与氨反应生成NH4HSO4。而NH4HSO4是一种类似于“鼻涕”的物质会附着在催化剂上，隔绝催化剂与烟气之间的接触，使得反应无法进行并造成下游设备堵塞。
2.3.5氨逃逸率
氨的过量和逃逸取决于NH3/NOX摩尔比、工况条件、和催化剂的活性用量，应控制在3ppm以内。
2.3.6 SO2/SO3转化率
SO2氧化生成SO3的转化率应控制在1％以内。
2.3.7催化剂结构型式
脱硝装置中催化剂，采用了结构形式上最常见的蜂窝型，蜂窝型催化剂的特点是表面积大，体积小，机械强度大、阻力较大。
2.3.8 防爆
SCR脱硝系统采用的还原剂为氨（NH3），其爆炸极限(在空气中体积) 15％～28％，为保证氨（NH3）注入烟道的绝对安全以及均匀混合，从锅炉二次风道引入稀释风，将氨的浓度控制在5％以内。
2.4 SCR与SNCR脱硝系统应用对比
SNCR是（Selective Non-Catalytic Reduction）的缩写，即选择性非催化还原法脱硝，是利用还原剂在不需要催化剂的情况下有选择性地与烟气中的氮氧化物发生化学反应，生成氮气和水的方法。
SCR与SNCR脱硝系统的应用比较：
3.结论
循环流化床锅炉通过实施SCR脱硝系统改造与应用，能够有效降低烟气中的氮氧化物含量，实现污染物达标排放，取得良好的社会效益。
参考文献：
1、《火电厂氮氧化物的生成与控制》任建兴等 上海电力学院学报 2002年9月
2、《山东滕州盛源热电公司锅炉SCR脱硝改造工程技术规范》2018年1月
论文作者:仲涛,李贵银,单琴琴
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/2
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