划重点：烟气脱硝技术大汇总

  SCR即为选择性催化还原技术，目前氨催化还原法是应用得最多的技术。它没有副产物，不形成二次污染，装置结构相对比较简单，并且脱除效率高（可达90%以上），运行可靠，便于维护等优点。 选择性是指在催化剂的作用和在氧气存在条件下，NH3优先和NOx发生还原脱除反应，生成氮气和水，而不和烟气中的氧进行氧化反应，其主要反应式为：

  在没有催化剂的情况下，上述化学反应只是在很窄的温度范围内（980℃左右）进行，采用催化剂时其反应温度可控制在300-400℃下进行，相当于锅炉省煤器与空气预热器之间的烟气温度，上述反应为放热反应，由于NOx在烟气中的浓度较低， 故反应引起催化剂温度的升高可以忽略。

  选择性催化还原法（SCR）脱硝技术是指在催化剂的作用下，还原剂与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的NOx。选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应，而不与烟气中的氧气发生反应。

  SCR 脱硝系统最重要的包含SCR反应器、催化剂、反应器壳体和钢结构、烟道系统、还原剂储存制备供应系统、还原剂喷射系统 、和吹灰系统。

  反应器的截面尺寸根据锅炉的大小设计，每台脱硝反应器设计成2＋1层催化剂布置方式，其中上层为预留层。烟气经过与氨气均匀混合后垂直向下流经反应器，反应器入口设置气流均布装置，反应器主要由里面布置的催化剂、催化剂支撑梁、反应器壳体、密封板等组成。 在反应器内，还原剂（液氨）在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的NOx。

  催化剂有贵金属和普通金属之分，贵金属催化剂由于它们和硫反应，且价格昂贵，实际上不予采用，普通催化剂催化效率不是很高，价格也比较贵，要求反应温度范围为300～400℃。很常用的催化剂含有氧化钒和氧化钛。SCR催化剂由陶瓷支架和活性成分（氧化钒，氧化钛，有时候还有钨）组成，现在使用的催化剂性状主要有两种：蜂窝形和板形。采用预制成型的蜂窝型陶瓷，催化剂填充在蜂窝空中或涂刷在基质上。采用板形时在支撑材料外涂刷催化剂。烟气含尘时，吸收塔一般是垂直布置，烟气由上而下流动。催化剂布置在2层到4层（或组）催化剂床上，为充分的利用催化剂，一般布置3层或4层，同时提供一个备用的催化床层。当催化剂活性降低时，在备用层中安装催化剂。持续失活后，在旋转基座上更换催化剂，一次只换一层，从顶层开始，这种方法可 以充分的利用催化剂。吸收塔内布置吹灰器，定期吹灰，吹去沉积在催化床上的灰尘。SCR系统的性能主要由催化剂的质量和反应条件所决定。在SCR反应器中催化剂体积越大，NOx的脱除率越高同时氨的逸出量也越少，然而 SCR工艺的费用也会显著增加。

  反应器壳体是包含催化剂的外部结构，主要由框架钢结构、钢板焊接而形成密闭的空间。为避免烟气的散热，在反应器内外护板之间布置保温材料。 为支撑催化剂，在每层催化剂的下面布置有支撑钢结构梁，将催化剂模块成排布置在支撑梁上。 在反应器的入口设置气流均布装置，反应器内部易于磨损的部位设有防磨措施。内部各种加强板及支架均设计成不易积灰的型式，同时将考虑热膨胀的补偿方法。在反应器壳体上设置更换催化剂的门、人孔门和安装声波吹灰器的孔。

  烟道分为反应器入口烟道和出口烟道二部分。 入口烟道从锅炉尾部省煤器出口膨胀节至反应器入口为止。在入口烟道上布置有氨喷射装置、管式混合器、烟气导流板和灰斗等。 出口烟道从反应器出口至锅炉尾部空预器入口为止。在出口烟道上布置有烟气导流板等。

  还原剂用罐装卡车运输，以液体形态储存于还原剂储罐中；还原剂在注入SCR 系统烟气之前经由蒸发器蒸发气化，并经过缓冲罐稳压后供应反应器脱硝使用，这部分工作都是在还原剂储存制备供应系统内完成的。 还原剂储存制备供应系统主要由卸料压缩机、还原剂储罐、还原剂蒸发槽、还原剂缓冲槽及还原剂输送管道等，并备有氮气吹扫系统。

  还原剂喷射系统包括由气化的还原剂与稀释空气混合，通过喷还原剂格栅喷入SCR反应器上游的烟气中这一工艺过程。

  还原剂在空气中的体积浓度达到16～25%时，会形成II类可燃爆炸性混合物。为保证注入烟道的还原剂与空气混合物的安全，除控制混合器内还原剂的浓度远低于其爆炸下限外，还保证氨在混合器内均匀分布，喷入反应器入口烟道的氨气为空气稀释后的含5％左右还原剂的混合气体。所选择的风机满足脱除烟气中NOx最大值的要求，并留有一定的余量。稀释风机按2台100％容量设置（1运1备）。风量裕度不低于10%，风压裕度不低于20%。

  为了保证还原剂与稀释空气均匀混合，每台锅炉采用2台混合器，混合器为隔板式。

  还原剂的注入采用格栅式，在管道上布置很多喷嘴，以保证喷入烟道内的还原剂与烟气均匀分配和混合。在喷射格栅的入口每一区域分配管道上设有手动流量调节阀，以调节个个区域还原剂的分配。

  SCR反应器采用声波吹灰器，每台反应器安装一套声波吹灰系统。每一层催化剂设置3台吹灰器，一台锅炉共装有12台声波吹灰器。吹灰控制纳入机组DCS系统。

  目前，运用于电厂烟气脱硝中的的SCR催化剂有很多，不同的催化剂,其适宜的反应温度也差别各异。如果反应温度太低,催化剂的活性降低,脱硝效率下降，则达不到脱硝的效果。并且，如果催化剂在低温下持续运行,将导致催化剂的永久性损坏；如果反应温度太高,NH3容易被氧化,生成NOx的量增加,甚至会引起催化剂材料的相变,导致催化剂的活性退化。

  采用何种催化剂与SCR反应器的布置方式是紧密关联的，通常能把催化剂的种类分为三类：高温催化剂(345℃～590℃)、中温催化剂(260℃～380℃)和低温催化剂(80℃～300℃)。目前,国内外SCR系统大多采用高温催化剂,反应温度在315℃～400℃。

  烟气在SCR反应塔中的空塔速度是SCR 的一个关键设计参数, 它是烟气体积流量(标准状态下的湿烟气))与SCR反应塔中催化剂体积比值, 反映了烟气在SCR 反应塔内的停滞时间的大小。烟气的空塔速度越大,其停留时间越短。一般SCR 的脱硝效率将随烟气空塔速度的增大而降低。空塔速度通常是根据SCR反应塔的布置、脱硝效率、烟气温度、允许的氨逃逸量以及粉尘浓度来确定的。

  理论上，lmoI的NO需要1moI的NH3去脱除。根据化学反应平衡知识，NH3量不足会导致NOx的脱除效率降低，但在工程实践中，NH3过量又会带来NH3对环境的二次污染，一般在设计过程中，NH3/NO的值控制在0.8～1.2的范围内较为贴切，并且结合机组负荷的变化而变化。

  SCR系统中的重要组成部分是催化剂，催化剂的选择不单单是针对反应温度的不同来选择，并且要考虑SCR装置的压降、布置的合理性等因素。当前流行的成熟催化剂有蜂窝式、波纹状和平板式等。平板式催化剂一般是以不锈钢金属网格为基材负载上含有活性成份的载体压制而成；蜂窝式催化剂一般是把载体和活性成份混合物整体挤压成型；波纹状催化剂是外形如起伏的波纹，从而形成小孔。当前各种催化剂活性成分大部分为WO3和V2O5。

  SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）即为选择性非催化还原法，是一种经济实用的NOx脱除技术，其原理是以NH3、尿素[CO(NH2)2]等作为还原剂，在注入到锅炉之前雾化或者注入到锅炉中靠炉内的热量蒸发雾化。在适宜的温度范围内，气相的氨或者尿素就会分解为自由基NH3和NH2，在特定的温度和氧存在的条件下，还原剂与NOx的反应优于于其他反应而进行。因此能认为是选择性化学过程。还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗口，对本方法的脱硝效率有较大影响。

  选择性非催化还原(SNCR)脱除 NOx技术是把含有 NHx 基的还原剂(如氨气、 氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为 800℃~1 100℃的区域，该还原剂迅速热分解成 NH3 和其它副产物，随后 NH3 与烟气中的 NOx 进行 SNCR 反应而生成 N2。

  采用 NH3 作为还原剂，在温度为 900℃~1100℃的范围内，还原 NOx 的化学反应方程式主要为

  SNCR 还原 NO的反应对于温度条件非常敏感，炉膛上喷入点的选择，也是所谓的温度窗口的选择，是 SNCR还原 NO效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为 700℃~1 100℃, 并随反应器类型的变化而不一样。当反应温度不高于温度窗口时，由于停滞时间的限制，往往使化学反应进行的程度较低反应不够彻底，从而造成 NO 的还原率较低，同时未参与反应的 NH3 增加也会造成氨气泄漏。而当反应温度高于温度窗口时， NH3 的氧化反应开始起主导作用：

  从而，NH3 的作用成为氧化并生成 NO，而不是还原 NO为 N2。总之，SNCR 还原 NO的过程是上述两类反应相互竞争、 共同作用的结果。如何选取合适的温度条件同时兼顾减少还原剂的泄漏成为 SNCR 技术成功应用的关键。

  SNCR脱硝系统最重要的包含尿素存储系统、尿素溶液配制系统、尿素溶液储存系统、溶液喷射系统和自动控制系统。

  尿素存储系统、尿素溶液配制系统和尿素溶液储存系统集中布置, 共同组成尿素供应站(以下简称“尿素站” ) 。尿素站占地面积约 235 m2 , 高约 15 m。它的主要设备包括: 1 个干尿素储仓, 1 个计量仓, 1 台螺旋输送机, 1 个配液池, 2 个尿素溶液储罐, 2 个尿素溶液输送泵和 2 个水加压泵。在尿素站内, 完成尿素储存、尿素溶液配制的任务, 泵送到炉前喷射系统。

  溶液喷射系统由三层喷射层组成, 每层由 14 个喷射器组成。三层喷射层布置在炉膛燃烧区域上部和炉膛出口处, 以适应锅炉负荷变化引起的炉膛烟气气温变化, 使尿素溶液在最佳反应温度窗口喷入炉膛。每层喷射层都设有总阀门控制本喷射层是否投运, 不投运的喷射枪则由气动推进器带动退出炉膛避免高温受热。各喷射层的尿素管道和雾化蒸汽供热管道上均设有调节阀门, 控制喷射层的流量。

  自动控制管理系统采用独立的可编程序逻辑控制器 ( PL C) , 系统单独设置 1 台工程师站 (兼操作员站) , 预留 OPC 通信接口与电厂分散控制管理系统 (DCS)通信; 系统设有必要的报表、查询和报警等功能。控制系统根据采集的相关信号, 控制、调节主要设备正常运行情况和喷枪运作情况, 实现高效脱硝。

  不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽，氨或尿素喷射装置及其喷射口即可，系统结构比较简单；

  相对于SCR的大约40美元kW-1 ~60美元kW-1 的昂贵造价，由于系统简单以及运行中不需要昂贵的催化剂而只需要廉价的尿素或液氨，所以 SNCR 大约 5 美元⋅kW-1 ~10 美元kW-1 的造价显然更适合我国国情；

  温度对 SNCR 的还原反应的影响最大。当温度高于 1 000℃时，NOx 的脱除率由于氨气的热分解而降低；温度不高于 1 000℃以下时，NH3 的反应速率下降，还原反应进行得不充分，NOx 脱除率下降，同时氨气的逸出量可能也在增加。由于炉内的温度分布受到负荷、煤种等多种因素的影响，温度窗口随着锅炉负荷的变化而变动。根据锅炉特性和运行经验，最佳的温度窗口通常出现在折焰角附近的屏式过、再热器处及水平烟道的末级过、再热器所在的区域。

  停留时间：指反应物在反应器内停留的总时间；在此时间内，NH3、尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤一定得完成；停滞时间的大小取决于锅炉的气路的尺寸和烟气流经锅炉气路的气速；SNCR系统中，停滞时间一般为0.001s～10s。

  混合程度：要发生还原反应，还原剂必须与烟气分散和混合均匀；混合程度取决于锅炉的形状与气流通过锅炉的方式。

  SNCR在不同的锅炉中的应用。对于垃圾炉、某些工业锅炉，由于其炉膛内的温度正好处于其反应温度窗内，因此SNCR适应性比较好，喷氨点的设置和控制最简单。而且由于不经过对流受热面，炉膛内的温度又相对来说比较稳定，所以运行的可靠性相对要好一些。因此SNCR在这类锅炉的应用比较多。

  对于电站锅炉，反应温度窗处于高温对流受热面区域。在这个区域，烟气温度受燃料，燃烧配风等调整和变化以及锅炉负荷的变动影响较大，反应温度窗会沿着烟气流动方向迁移，因此SNCR设计时会设置多个喷射取。另外，在烟道截面上，烟气温度分布不均匀，在不到200℃的最佳反应温度窗内，烟气温度偏差可能达到100℃以上，SNCR的先天补足在此暴露无疑。

  要解决反应温度窗的迁移的问题，烟气温度的测量就是良好控制的前提。在这么高的温度下，现有的技术水平，从测点数量、成本、测量的可靠性、仪表的损坏率都会有一些问题。

  另外一个问题是氨氮摩尔比的问题。氨氮摩尔比是获得高的脱硝效率、低的漏氨和稳定的性能的主要的因素。首先，SNCR还原反应的氨氮摩尔比不象SCR一样固定为1：1，随着反应条件的变化，这个比例是一个变化的值。然后，在SNCR的喷氨区，NOx的分布的均匀性很差，而且没有使NOx分布变得均匀的混合手段，因此要获得接近最佳氨氮摩尔比几乎是不可能的。NOx测量的环境和NOx测量仪的成本，使得动态准确获得NOx的分布数据比获得烟气温度有关数据的困难大得多。

  SNCR的脱硝效率，随着锅炉的性能设计和受热面布置的不同，所能达到的极限也不同。如果在锅炉设计的时候，在性能设计和受热面设计时为SNCR而改变，那么SNCR会容易一些。但是这样大多是得不偿失的。所以在具体项目上SNCR的可行性论证，要等锅炉设计基本方案出来以后，才能说脱硝效率能够有望达到多高的水平。

  要把SNCR的脱硝效率发挥到极致，首先假设烟气温度和NOx测量技术的发展以及成本的降低，使准确、及时、可靠、地动态测量可能的反应区域内的尽可能多的温度以及进出口NOx数值成为可能。然后按照烟气流动方向和烟道截面方向的布置足够多的喷氨区域，按照测量的数据对喷氨量进行精确调控。如果可能，锅炉受热面布置的时候，在同一级过热器或者再热器受热面在适当的地方从中间拉开，为自由布置喷氨区域提供方便，甚至将对反应温度区有意多留长一点的净空。

  总之，SNCR确实存在一些问题，因温度窗口、浓度分布、脱硝效率等问题确难在大型煤粉炉上大范围的应用。但是由于方便改造，SNCR建设周期短、投资少等优势在流化床、中小型电厂改造项目、垃圾焚烧炉和应对脱硝催化剂价格昂贵且易中毒失效而生的SNCR与SCR联合脱硝技术作为预脱硝项目上很有市场。

  臭氧氧化法脱硝主要是利用臭氧的强氧化性，将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶的高价态氮氧化物，然后在洗涤塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目的。该脱硝系统在不同的NOx等污染物浓度和比例下，可以同时高效率脱除烟气中的NOx、二氧化硫和颗粒物等污染物，同时还不影响其他污染物控制技术，是传统脱硝技术的一个高效补充或替代技术。

  次氯酸钠氧化法脱硝主要是利用次氯酸钠的强氧化性，将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶的高价态氮氧化物，然后在洗涤塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目的。该脱硝系统在不同的NOx等污染物浓度和比例下，可以同时高效率脱除烟气中的NOx、二氧化硫和颗粒物等污染物。

  臭氧氧化法脱硝主要是利用臭氧的强氧化性，将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶的高价态氮氧化物，然后在洗涤塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目的。我公司在臭氧同时脱硫脱硝过程中 NO的氧化机理进行了研究，对臭氧在烟道的投放、布气方式、气相混合方式，温度控制影响、粉尘影响等做了全面的模拟实验，总结并构建出O3与NOx之间详细的化学反应机理，该机理很复杂。在实际试验中，可根据低温条件下臭氧与 NO的关键反应进行研究。

  与气相中的其他化学物质如 CO，SOx等相比，NOx可以很快地被臭氧氧化，这就使得NOx的臭氧氧化具备极高的选择性。因为气相中的 NOx被转化成溶于水溶液的离子化合物，这就使得氧化反应更加完全，从而不可逆地脱除NOx，而不产生二次污染。经过氧化反应，加入的臭氧被反应所消耗，过量的臭氧可以在喷淋塔中分解。除了 NOx之外，一些重金属，如汞及其他重金属污染物也同时被臭氧所氧化。烟气中高浓度的粉尘或固体颗粒物不可能影响到NOx的脱除效率。

  臭氧发生器的核心采用了先进的介质阻挡双间隙放电技术，原料气流经过绝缘介质与高压电极之间以及绝缘介质层和臭氧发生器罐体接地极之间的狭小间隙，两个环状间隙之间的高压电场双面放电，将通过的氧气转换为臭氧，臭氧产生效率高。工业上一般都会采用电晕放电法制取，其原理如图所示：

  臭氧发生器的核心采用了先进的介质阻挡双间隙放电技术，原料气流经过绝缘介质与高压电极之间以及绝缘介质层和臭氧发生器罐体接地极之间的狭小间隙，两个环状间隙之间的高压电场双面放电，将通过的氧气转换为臭氧，臭氧产生效率高。工业上一般都会采用电晕放电法制取，其原理如图所示：

  臭氧发生器最重要的部分是臭氧放电管，设备是采用高质量的耐臭氧腐蚀的316L不锈钢材料，PTFE (聚四氟乙烯）制造，提高了系统的长期可靠运行。放电管数量在设计时留有10%的余量，可抵消不可预见放电管污染带来的效率降低。臭氧发生器安装的形式为水平安装,可以直接将臭氧发生器放在基础上,方便安装和检修。臭氧发生器出厂前已将管道、阀门、仪表和电缆安装好，并且全套系统在工厂完成全部技术指标测试。臭氧发生器设计运行方式为24小时连续运转。

  次氯酸钠氧化法脱硝主要是利用次氯酸钠的强氧化性，将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶的高价态氮氧化物，然后在洗涤塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目的。

  首先利用次氯酸钠（NaClO)作为强氧化剂将NOx中NO氧化成溶解度高的NO和N2O3(三氧化二氮），再利用NaOH作为吸收剂去除溶解于水中的NO2和N203(三氧化二氮) ,其生成物为硝酸钠（NaN03 )。

  在氧化剂作用下，将N〇氧化成溶解度高的N〇2和N2〇3(三氧化二氮）,然后用水或碱液 吸收脱氮。氧化剂可用臭氧(〇3)、二氧化氯(Cl〇2)、亚氯酸钠(NaCl〇2)、次氯酸钠(NaCl〇) 、高锰酸钾(KMn〇4)、过氧化氢(H2〇2)、氯(Cl2)和硝酸(HN03)等。按氧化方式的不同可分 为催化氧化吸收法、气相氧化吸收法和液相氧化吸收法。催化氧化吸收法是在催化剂作用下 将N〇氧化成N〇2 ,然后用碱液吸收，氧化剂是烟气中的过剩氧。

  （2）不使用催化剂，无催化剂中毒、反应器堵塞等问题，非常适合于催化剂颗粒物多的低温烟气脱硝工程。

  低氮氧化物燃烧技术是改进燃烧设备或控制燃烧条件，在炉内采用各种燃烧手段来控制燃烧过程中NOx的生成,以降低燃烧尾气中NOx的各项技术。

  影响燃烧过程中NOx生成的重要的因素是燃烧温度、烟气在高温区的停留时间、烟气中各种成分的浓度以及混合程度，因此，改变空气一燃料比、燃烧空气的温度、燃烧区冷却的程度和燃烧器的形状设计都能够大大减少燃烧过程中氮氧化物的生成。工业上多以减少过剩空气和采用分段燃烧、烟气循环和低温空气预热、特殊燃烧器等方法达到目的。

  低氮氧化物燃烧技术只有初期投资而没有运行的成本，是一种较经济的控制氮氧化物的方法。釆用这种技术能使NOx的生成量明显降低。若希望达到更高的NOx排放标准，可与燃烧后烟气脱硝技术结合，以降低燃烧后烟气脱硝的难度和成本。

  空气分级法是将燃烧用的的空气分阶段送入，进行缺氧燃烧和富氧燃尽〃,使其避开温度过高和大过剩空气系数同时出现,降低NOx的生成。

  燃料分级法是把燃料分为两股或多股燃料流。这些燃料流经过三个燃烧区发生燃烧反应。

  把80%-85%的燃料送入主燃烧区进行富氧燃烧，余下15%-20%经主燃烧器上部送入再燃烧区。在空气系数小于1的条件下进行缺氧燃烧。主燃烧区产生的NOx被还原。由此减少NOx的排放量，为减少不完全燃烧需加空气进行燃尽。

  烟气再循环法是在祸炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉膛，或渗入一次或二次风中，降低氧浓度、火焰温度，使NOx的生成受到抑制，降低NOx的排放。

  将部分低温烟气直按送入炉内或与空气（一次风或与二次风)混合后送入炉内。因烟气的吸热和对氧浓度的稀释作用,会降低燃烧速度和炉内温度，因而减少了热力型NOx。

  根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器，使燃料与空气分段混合燃烧，由于燃烧偏离理论当量比，故可降低NOx的生成。

  一种是利用助燃空气的压头，把部分燃烧烟气吸回，进入燃烧器，与空气混合燃烧。由于烟气再循环,燃烧烟气的热容量大,燃烧温度降低，NOx减少。

  另一种自身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环，并加入燃烧过程，此种燃烧器有抑制氧化氮和节能双重效果。

  其原理是使一部分燃料作过浓燃烧，另一部分燃料作过淡燃烧，但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧，因而NOx都很低，这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。

  其原理是把一个火焰分成数个小火焰，由于小火焰散热面积大，火焰温度较低，使热反应NOx会降低。此外，火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停滞时间,对热反应NO和燃料NO都有明显的抑制作用。5、混合促进型燃烧器

  烟气在高温区停留时间是影响NOx生成量的重要的因素之一，改善燃烧与空气的混合，能够使火焰面的厚度减薄，在燃烧负荷不变的情况下，烟气在火焰面即高温区内停滞时间缩短 ,因而使NOx生成量降低。混合促进型燃烧器就是按照这种原理设计的。

  预燃室是近10年来我国开发研究的一种高效率、低NOx分级燃烧技术,预燃室一般由一次风（或二次风）和燃料喷射系统等组成，燃料和一次风快速混合，在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物，由于缺氧，只是部分燃料进行燃烧，燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分，因此减少了NOx的生成。