摘要：本文介绍了燃煤锅炉氮氧化物的生成机理和SCR法脱硝的原理，并对影响SCR法脱硝的因素进行了简单的总结，SCR法脱硝效率可达70%～90%以上，设备运行稳定、可靠，操作维护方便简单，遥遥领先于其他烟气脱硝技术，具有良好的发展前景。
关键词：燃煤锅炉；氮氧化物；SCR脱硝；
1.引言
随着我国社会经济飞速发展，环境污染问题也日益突出，其中氮氧化物的排放也成为主要焦点之一，氮氧化物是造成酸雨、光化学烟雾的直接原因，对植物和人体具有严重的损害作用。目前燃煤锅炉是氮氧化物排放的主要污染源之一。据中国环境规划院的研究预测，氮氧化物的排放量将从1995年的1.11×107t增加到2010年的2.15×107t，到2020年和2030年，全国能源消费导致的氮氧化物排放总量将分别达到2.4×107t~2.9×107t和3.2×107t~4.3×107t，到2020年前后将超过美国成为世界第一大氮氧化物排放国[1]。
为此，国家出台了一系列控制氮氧化物排放的政策和措施，目前，控制燃煤锅炉氮氧化物排放的技术措施可分为两大类：一是低氮氧化物燃烧技术，二是烟气净化技术。低氮氧化物燃烧技术主要是通过对锅炉运行方式的调整来减少氮氧化物的排放，而烟气净化技术主要有选择性非催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）和选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）两种。本文就SCR脱硝技术进行简单介绍。
2.氮氧化物生成机理
根据燃烧过程可以将NOx的生成机理分为三种：热力型NOx、燃料型NOx 和快速型NOx[2]。
热力型NOx是指在高温条件下空气中的氮经过氧化作用生成NOx，生成速度与温度密切相关，温度越高，NOx的生成速度越快，呈指数规律迅速增加。热力型NOx基本上只在1500℃以上的高温区产生，在燃烧温度低于1500℃时，几乎观察不到热力型NOx的生成反应。
燃料型NOx是指燃料本身固有的氮化合物在燃烧时转化生成NOx，生产温度一般在600～800℃。燃料中的氮是燃烧过程中NOx 的主要来源，经统计约75%～90%的NOx来源于煤炭燃烧产生的燃料型NOx。
快速型NOx是指在碳氢化合物燃料过浓燃烧时在反应区附近快速生成NOx。它在整个NOx 中所占数量较少，一般可忽略不计。
烟气脱硝技术实质上是将煤炭燃烧过程中产生的热力型、燃料型以及快速型NOx相互分离、转化为对大气无危害的液态物质或者气态单质。目前燃煤锅炉的脱硝技术主要为燃烧前脱硝、燃烧过程脱硝、燃烧后脱硝。SCR脱硝属于燃烧后脱硝技术，
3.SCR脱硝的原理
选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指利用还原剂（如NH3）在金属催化剂的作用下“有选择性”地与烟气中的NOx反应，生成无毒无污染的N2和H2O，从而减少锅炉烟气的NOx，目前已成为锅炉烟气脱硝较成熟的技术之一。
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在SCR法脱硝过程中，主要的化学反应如下[3]：
（1）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
（2）6NO+4NH3→5N2+6H2O
（3）6NO2+8NH3→7N2+12H2O
（4）2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
反应式（1）为主要化学反应。反应所需的NH3/NOx比为化学计量关系。在没有催化剂的情况下，上述反应只能在800℃～900℃范围内进行。当温度升高到1050℃～1200℃时，NH3就会氧化成NO，而且NOx还原速度会快速下降，当温度降低到800℃以下时，反应速度较慢；但在适当添加催化剂的情况下，上述反应可以在200～450℃的范围内进行，在NH3/NOx物质的量比为1的条件下，可以得到80%～90%的脱硝率[4]。
在SCR工艺中使用的催化剂一般是以TiO2为载体的V2O5/WO3及MoO3等金属氧化物，反应温度为280~450℃，载体的形状有网状、球状、片状、柱状、波纹式、蜂窝式等[1]，放置于反应器的箱体中，通常布置为垂直方式，烟气从上向下流动。实践证明该工艺具有NOx脱除效率高、二次污染小的特点。
3.影响SCR脱硝的因素
3.1温度
由SCR脱硝原理可知，SCR脱硝工艺发生在一特定的温度范围内，适宜温度为340～400℃内，在此温度范围内催化剂的催化效率可以发挥到最大，反应速率可以得到保证。
3.2停留时间
停留时间是指在反应过程中反应物在反应器内停留的总时间。在停留时间内，还原剂与烟气混合、还原剂的分解和NOx的还原等反应步骤必须完成；而停留时间的大小主要由锅炉烟气气路的尺寸以及烟气流速决定。SCR脱硝系统中的适宜停留时间为0.19～0.86s。
3.3反应剂与烟气混合的程度
SCR反应过程中如反应剂跟烟气混合程度越高，反应越完全，反应过程中两者的混合程度主要取决于锅炉的形状以及烟气通过锅炉的方式，接触越充分，混合程度越高，反应越完全。
3.4氨氮（NH3、NOx）物质的量比
经过实践研究，在SCR反应过程中，当氨氮比在0.6～1.0范围时，脱硝效率随着氨氮比的增加而增加，当氨氮比＞1.0时，脱硝效率基本上趋于平衡。
3.5烟气中NOx浓度
SCR反应过程中如果进口NOx浓度越高，脱硝效率有降低趋势。
3.6还原剂类型
目前较常采用的还原剂为氨水和尿素两种。其中，以液态形式存在的氨水易雾化，操作较简单，但由于氨水易挥发，且有刺激性气味，存在一定的弊端。以固体颗粒形式存在的尿素，运输和储存较为方便，还原效果好，但在使用过程中需增加搅拌装置。
4.总论
综上所述，SCR法脱硝效率可达70%～90%以上，满足目前严格的环保标准，而且设备运行稳定、可靠，操作维护方便简单，遥遥领先于其他烟气脱硝技术，具有很好发展前景的烟气净化技术，在火电厂、工业锅炉、焦化厂、水泥厂、钢铁厂等工业领域得到广泛的应用。
参考文献：
[1]王保华.燃煤锅炉烟气脱硝技术研究[J].河南科技，2015，3：110-111.
[2]张林.“低氮燃烧+SCR”技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用[J].科技信息，2012，12：370-371.
[3]俞进旺，宋正华，杨正平，严如忠.SCR法脱硝技术在燃煤锅炉中的应用研究[J].技术与工程应用，2009，1：24-26.
[4]刘金贵.燃煤锅炉烟气脱硝技术浅议[J].河南化工，2015，32：10-11.
论文作者:席亚萍
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/4
标签：烟气论文; 锅炉论文; 氧化物论文; 技术论文; 燃煤论文; 温度论文; 还原剂论文; 《基层建设》2018年第9期论文;