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scr脱硝原理篇(1):SCR脱硝技术
SCR脱硝技术
1、目的和原理
脱硝技术主要包括了选择非催化还原（SNCR），选择性催化还原（SCR）和SNCR、SCR结合的工艺。
SCR具有很高的脱硝效率（70-90%），它是成熟的脱硝工艺，是脱硝应用最广泛的技术。
SCR的意思是烟气中的氮氧化合物选择性的和还原剂进行反应，生成氮气和水，脱除烟气中的氮氧化合物（NOx）。
SCR的化学反应方程式是：
4NO + 4NH3+O2 → 4N2 +6H2O
6NO2 + 8NH3 + O2 → 7N2 + 12H2O
典型的SCR脱硝系统的工艺
在SCR脱硝系统中，各种废气中含有的NOx和氨水、尿素或其他含有氨基的物质进行反应，生成氮气和水。
基于经济性、处理难度和系统的安全角度考虑，选择最适合的含氨基的还原剂
SCR系统主要包含了反应器、还原剂储罐、还原剂喷射系统和催化剂，在还原剂喷射和烟气进行完全混合之后，废气会进入催化剂层，脱硝反应将会在这里进行。
氮氧化合物在催化剂表面转化成氮气和水。当还原剂是氨的时候，化学反应方程式如下。
4NO+4NH3+O2 -> 4N2+6H2O
6NO2 +8NH3 -> 7N2+12H2O
2、性能（常用范围）
使用范围：（燃气、燃油、燃煤）锅炉，汽轮机，垃圾焚烧发电厂和柴油发电机
效率：大于90%的脱硝率
运行温度：200-420℃
氮氧化物含量：10-2,000ppm
压降：小于1.2kPa/反应器
反应器：催化剂床层可安装在余热锅炉内
运行条件： 冷启动30分钟以内可以达到稳定状态
1）当要求的脱硝效率大于95%的时候，排放的还原剂的量会显著的增加；
2）运行温度的确定应该考虑烟气中SOx的浓度，以防形成ABS，导致催化剂堵塞。
3、备注
SCR脱硝系统的性能主要依赖于催化剂的性能（活性，寿命等）和还原剂喷射的控制技术。
V/TiO2催化剂是通过三氧化钒离子吸附在二氧化钛晶体上并且煅烧制成的，广泛的运用在SCR系统中。
脱硝反应速度非常快，所以，反应速度主要受还原剂扩散率的控制：层流边界层和催化剂微孔处的扩散率。
催化剂技术的发展与日俱新。但是，现在模块化的、用强化陶瓷纤维制成的催化剂获得了很高的评价。这种催化剂有以下的结构。
催化剂的细粉（直径为1- 30um）均匀的分散在陶瓷纤维的母体上。
由于反应物的扩散率是加速增长的， 这种催化剂对脱硝反应有高活性和对二氧化硫有低活性： 二氧化硫氧化成三氧化硫，会导致下游设备的腐蚀和飞灰沉积。
因为有很高的扩散率，反应器对运行条件的变化非常敏感。所以有可能控制还原剂的瞬时喷射量，并将其控制在最适合的范围内。
当反应温度大于350℃，V/TiO2基本上都中了三氧化硫的毒，并且显示出了长期运行的稳定活性。
粉尘中的碱性金属被认为是催化剂的毒物。但在正常运行条件下，他们和催化剂活性部分接触得机会很小，一般来说它们对催化剂活性的危害不是很大。但是应该考虑Se，Zn，As的混合物和他们的蒸气是催化剂的毒物。
模块化的催化剂安装在反应器的催化剂层中。它空隙部分占了有80%，所以催化剂层的压降是很低的。在烟气中的飞灰不是很黏的时候，飞灰也不会堵塞催化剂层。
SCR的流体动力学（CFD）模拟
计算流体动力学模拟（CFD）在模型定义时不必考虑放大或缩小的影响，它本身就能考虑到电厂的实际规模。它能够准确的模拟热量状况，就好像在实际的设备里一样。除了传统研究中的计算流场，温度的分布和氨浓度之外，CFD模拟还能研究更复杂的问题，比如氨液滴的蒸发以及灰尘粒子的扩散等。
在SCR反应器中模拟CFD的目的主要是为了实现以下结果：
Ⅰ 实现无变化的流向上游的喷氨格栅，和上游的第一层催化剂
Ⅱ 还原剂和烟气达到完全的混合
Ⅲ 防止烟道系统中粉尘的沉积
Ⅳ 尽量减小由SCR反应器引起的压损
（1） 模拟中用到的几何学
Flow.Vision 在对不同的SCR反应器进行的各种流体调节装置的应用和测试方面有着长期的经验。我们使用的每种流体调节装置均已经应用于实际项目中，并且证明是相对于该项目的最合适的设计。
Flow.Vision的工作通常被证明是在效率和经济性方面最好的设计方案。
（2） 上游喷氨格栅处的流体分布
使烟气在上游喷氨格栅处有很好的分布是实现一个成功的设计和高性能脱硝系统的重要工作之一。
（3） 上游第一层催化剂处的流体分布
催化剂入口处的速度分布是保证高的催化反应性能的一个重要因素。
此外，Flow.Vision在避免催化剂腐蚀或堵塞等问题上已经证明具有最先进的设计。因而在我们的设计中，我们非常注重去实现在上游催化剂层处有很好的速度分布模型。
（3）混合计算
还原剂和烟气之间很好的混合对达到高的脱硝程度和避免氨逃逸都是很重要的。Flow.Vision的混合器具有很短的混合距离和非常低的压力降。
SCR的物理模型
典型的Flow.Vision的SCR脱硝系统的物理模型采用的比例一般是1：10，1：12或者1：15。物理模型完全由有机玻璃或者是金属和有机玻璃的混合物制作而成。
物理模型用来测试证明以下项目：
Ⅰ 系统的布置
Ⅱ 流体调节装置（FCD）的设计，比如导流板，均质器，分配器等
Ⅲ 粉尘沉积测试
Ⅳ 混合器性能评估（喷氨格栅或者静态混合器）
Ⅴ 系统压损评估
系统布置
流体调节装置（FCD）的设计，比如导流板，均质器，分配器等
粉尘沉积测试
静态混合器
静态混合器的作用就是帮助还原剂和烟气在SCR反应器内更好的混合。在实际工程中一般会用到几种形式的静态混合器。通过多年的实践，Flow.Vision将静态混合器不断进行优化设计，以实现在最低压损下的最大混合量。
（1） 涡流混合器
涡流发生混合器依靠在盘片边缘产生涡流这种物理现象。
逆流旋转的漩涡的工作状态就像一个旋转器。
烟道中位置的精确范围是在CFD模拟和3D模型的流体测试中建立的。
氨和NOx的高混合率能够在很短的距离内完成。
氨逃逸被减少到了最小值。
（2） 交叉混合器
Flow.Vision在设计和测试交叉混合器方面有着丰富的经验。经过多年的使用及接触，我们的员工对各种类型的交叉混合装置都非常了解。
scr脱硝原理篇(2):SCR烟气脱硝技术方案
SCR烟气脱硝技改项目
技 术
方 案
目 录
1总则..... 1
2工程概况..... 1
2.1锅炉主要参数.... 1
2.2脱硝工艺方案.... 2
2.3工程范围.... 2
3设计采用的标准和规范..... 2
4烟气脱硝工艺方案..... 3
4.1 脱硝工艺的简介.... 3
5 工艺系统说明..... 9
5.1 氨的储存系统.... 9
5.5 电气部分.... 18
5.6仪表和控制系统.... 19
6供货范围及清单..... 21
6.1供货范围（不仅限于此）.... 21
6.2供货清单.... 22
7施工工期..... 25
8施工组织设计..... 26
8.1施工前期准备工作.... 26
8.2施工方案.... 26
9质量保证及售后服务..... 33
10设计技术指标..... 34
技术方案
1总则
1.1本技术文件仅适用于烟气脱硝技改项目，它包括脱硝系统正常运行所必需具备的工艺系统、控制系统的设计、设备选型、采购、制造、运输、设备供货、脱硝系统的安装施工及全过程的技术指导、调试、试运行、人员培训和最终的交付投产。土建设计及施工由招标方负责，由投标方提出土建条件资料。
1.2本技术文件提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范条文，投标方保证提供符合国家或国际标准和本技术规范书要求的优质产品及其相应的服务，对国家有关安全、环保、劳卫、消防等强制性标准将满足其要求，同时确保达到招标技术条件书要求的指标值。当投标方执行招标技术条件书所列标准（所列标准如有更新版本，以最新版本为准）有矛盾时，按较高标准执行。
1.3技术合同谈判将以本技术文件书为蓝本，经修改后最终确定的文件将作为技术协议书，并与商务合同文件有相同的法律效力。双方工作语言为中文，所有的技术条件书、文件资料均为中文。
1.4本技术文件未尽事宜，双方协商解决。
2工程概况
2.1锅炉主要参数
锅炉形式：煤粉炉
额定蒸发量： 2×220t/h
省煤器出口烟气温度：380℃
烟气中NOX含量: ≤1000mg/ Nm3
2.2脱硝工艺方案
锅炉脱硝装置分别采用选择性催化还原法（SCR）工艺做脱硝设计方案。
性能保证要求：当装置进口烟气中NOX的含量不大于1000mg/Nm3时，保证脱硝装置出口烟气中NOX含量不大于200mg/Nm3。
2.3工程范围
2.3.1本工程为设计、供货、安装、培训、调试及交付使用等为一体的总承包项目。招标方提供电源、气源、水源、热源至脱硝区域10米范围内。
2.3.2投标方提供详细的供货清单，但不局限于供货范围内所列设备和系统。对于属于整套设备运行和施工所必需的部件，即使本文条款中未列出或数量不足，投标方仍须在执行合同时补足。
2.3.3 投标方提供检修所需的专用工具、随机备品备件。
3设计采用的标准和规范
3.1脱硝装置的设计、制造、安装、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等符合相关的中国法律及规范。对于标准的采用符合下述原则：
(1)与安全、环保、健康、消防等相关的事项执行中国国家及地方有关法规、标准；
(2)设备和材料执行设备和材料制造商所在国标准；
(3)建筑、结构执行中国电力行业标准或中国相应的行业标准。
3.2脱硝工程设计、制造、安装、调试、试验及检查、试运行、性能考核、最终交付中采用的所有标准、规定如下：
GB50054－95
《低压配电设计规范》
GB50034－92
《工业企业照明设计标准》
GB13223－2003
《火电厂大气污染物排放标准》
GB12348－90
《工业企业厂界噪声标准》
GB16297－1996
《大气污染物综合排放标准》
HJ/T75-2001
《火电厂烟气排放连续监测统技术规范》
GB4272-92
《设备及管道保温技术通则》
GB50221—95
《钢结构工程质量检验评定标准》
GB50205-2001
《钢结构工程施工质量验收规范》
GB50212-91
《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》
HGJ229—91
《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》
GB0198—97
《热工仪表及控制装置施工及验收规范》
GB50168—92
《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》
GB50169—92
《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
GB50259—96
《电气装置安装工程电气照明施工及验收规范》
GB50231-98
《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
GB50235-97
《工业金属管道工程施工及验收规范》
GB50236-1998
《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》
GB50275-98
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》
HGJ209—83
《钢结构、管道涂装技术规程》
JGJ8l—91
《建筑钢结构焊接规程》
DLGJ158-2001
《火力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定》
4烟气脱硝工艺方案
4.1
脱硝工艺的简介
有关NOX的控制方法从燃料的生命周期的三个阶段入手，限燃烧前、燃烧中和燃烧后。当前，燃烧前脱硝的研究很少，几乎所有的形容都集中在燃烧中和燃烧后的NOX的控制。所以在国际上把燃烧中NOX的所有控制措施统称为一次措施，把燃烧后的NOX控制措施统称为二次措施，又称为烟气脱硝技术。
目前普遍采用的燃烧中NOX控制技术即为低NOX燃烧技术，主要有低NOX燃烧器、空气分级燃烧和燃料分级燃烧。
应用在燃煤电站锅炉上的成熟烟气脱硝技术主要有选择性催化还原技术（Selective
Catalytic Reduction，简称SCR）、选择性非催化还原技术（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR）以及SNCR/SCR混合烟气脱硝技术。
4.2 SCR烟气脱硝技术
近几年来选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)发展较快,在欧洲和日本得到了广泛的应用,目前催化还原烟气脱硝技术是应用最多的技术。
1）SCR脱硝反应
目前世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种法都是利用氨对NOX的还原功能，在催化剂的作用下将NOX(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和水。还原剂为NH3，其不同点则是在尿素法SCR中，先利用一种设备将尿素转化为氨之后输送至SCR触媒反应器，它转换的方法为将尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合时间，驻留时间及温度，由此室分解出来之氨基产物即成为SCR的还原剂通过触媒实施化学反应后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有热解法和水解法，主要化学反应方程式为：
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2
在整个工艺的设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合，最后通过分配格栅喷入SCR反应器上游的烟气中。典型的SCR反应原理示意图如下：
在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：
4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。
在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的NOX浓度的5%，NO2参与的反应如下：
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
上面两个反应表明还原NO2比还原NO需要更多的氨。
在绝大多数锅炉烟气中，NO2仅占NOX总量的一小部分，因此NO2的影响并不显著。
SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NOX脱除率，就必须增加反应器中NH3/NOX摩尔比。当不能保证预先设定的脱硝效率和（或）氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。
2）SCR系统组成及反应器布置
在选择催化还原工艺中，NOx与NH3在催化剂的作用下产生还原。催化剂安放在一个固定的反应器内，烟气穿过反应器平行流经催化剂表面。催化剂单元通常垂直布置，烟气自上向下流动。如下图所示：
SCR系统一般由氨的储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、省煤器旁路、SCR旁路、检测控制系统等组成。下图为典型SCR烟气脱硝工艺系统基本流程简图：
4.3 SNCR烟气脱硝技术
选择性催化还原脱除NOX的运行成本主要受催化剂寿命的影响，一种不需要催化剂的选择性还原过程或许更加诱人，这就是选择性非催化还原技术。该技术是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOX进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。
研究发现，在炉膛850～1100℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOX，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR法。在850～1100℃范围内，NH3或尿素还原NOX的主要反应为：
NH3为还原剂
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
尿素为还原剂
NO+CO(NH2)2
+1/2O2→2N2+CO2+H2O
当温度高于1100℃时, NH3则会被氧化为
4NH3+5O2→4NO+6H2O
不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3的反应最佳温度区为 850～110O℃。当反应温度过高时，由于氨的分解会使
NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。NH3是高挥发性和有毒物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。
引起SNCR系统氨逃逸的原因有两种，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应；另一种可能是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到炉内最有效的部位，因为NOx在炉膛内的分布经常变化，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨分布不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量。在较大的燃煤锅炉中，还原剂的均匀分布则更困难，因为较长的喷入距离需要覆盖相当大的炉内截面。为保证脱硝反应能充分地进行，以最少的喷入NH3量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。若喷入的NH3不充分反应，则逃逸的NH3不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到S03会产生(NH4)2S04易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。
SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%-40%，受锅炉结构尺寸影响很大，多用作低NOX燃烧技术的补充处理手段。采用SNCR技术，目前的趋势是用尿素代替氨作为还原剂，值得注意的是，近年的研究表明，用尿素作为还原剂时，NOX会转化为N2O，N2O会破坏大气平流层中的臭氧，除此之外，N2O还被认为会产生温室效应，因此产生N2O问题己引起人们的重视。
综上所述，SCR脱硝工艺技术先进，工艺成熟，经济合理，工业业绩居多，脱硝效率高，拟选用目前效率最高的SCR技术。
5 工艺系统说明
SCR脱硝系统由三个子系统所组成，SCR反应器及附属系统、氨储存处理系统和氨注入系统。
5.1 氨的储存系统
（1）系统组成
液氨储存系统包括液氨卸料压缩机、液氨储罐等。
（2）工艺描述
还原剂（氨）用罐车运输并在储罐储存。在高压下，氨被液化以减小运输和储存的体积。市场购买的还原剂（液态氨纯度99.6%）,供应商用罐装车运输（以液体形态储存在压力容器内），送往氨贮存场地，通过氨卸载压缩机抽取储罐中气氨，送入储罐后，将槽车中的液氨，挤入液氨储槽中贮存。使用时，储存罐中的氨借助自压输送到蒸发器中。
锅炉SCR烟气脱硝系统物料平衡计算，计算结果如下表所示。
表5-1 物料平衡计算表
参数
数值
还原剂类型
无水氨
纯度（%）
99.6
脱硝效率（%）
80
氨逃逸（ppm）
5
催化剂寿命（小时）
24000
NH3耗量（kg/h）
149.6
年耗NH3（t/a）
1196.8
（3）主要设备选型
· 卸载压缩机
卸料压缩机为往复式压缩机，系统设置二台卸载压缩机，一台运行，一台备用。
· 液氨储槽
本工程设置2台液氨储罐，供两炉使用。液氨储罐的最大充装量为25m3。储氨罐组可供应两台炉设计条件下，每天运行24小时，连续运行7天的消耗量。液氨储罐上安装有超流阀、逆止阀、紧急关断阀和安全阀做为储罐安全运行保护所用。储罐还装有温度计、压力表液位计和相应的变送器将信号送到主体机组DCS控制系统，当储罐内温度或压力高时报警。储罐四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当储罐内液氨温度过高时自动淋水装置启动，对储罐进行喷淋降温。
5.2氨注入系统
（1）系统组成
氨注入系统包括氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨气稀释槽、废水泵、废水池等。
（2）工艺描述
储罐里的液态氨靠自压输送到蒸发器，在蒸发器内（通过蒸汽加热）将氨蒸发，每个蒸发槽上装有压力控制阀将氨气压力控制在≤2kg/cm2。当出口压力超过2kg/cm2时，切断节流阀，停止液氨供应。从蒸发槽蒸发的氨气流进入氨气缓冲罐，通过氨气输送管道送至每一台炉的SCR反应装置旁。再用空气稀释高浓度无水氨，这样氨/空气混合物安全且不易燃。通过装在SCR入口烟道内的氨注入格栅，将氨/空气混合物注入到SCR系统内。
（3）主要设备选型
· 液氨蒸发槽
液氨蒸发所需要的热量由低压蒸汽提供，共设有二个液氨蒸发槽（一用一备）。蒸发槽装有安全阀，可防止设备压力异常过高。液氨蒸发槽面积按照在BMCR工况下单台机组100％容量设计。加热器功率： ~22kW，每台蒸发能力：150kg/h。
· 氨气缓冲槽
氨气缓冲槽的作用即在稳定氨气的供应，避免受蒸发槽操作不稳定所影响。缓冲槽上也有安全阀可保护设备。本工程设有一台氨气缓冲槽，容积：5m3，设计压力：0.22MPa。
· 氨气稀释槽
氨气稀释槽为立式水槽，水槽的液位由满溢流管线维持，稀释槽设计连结由槽顶淋水和糟侧进水。液氨系统各排放处所排出的氨气由管线汇集后从稀释槽低部进入。通过分散管将氨气分散入稀释槽水中，利用大量水来吸收安全阀排放的氨。本工程设有一台氨气稀释槽，尺寸：容积：4m3，设计压力：常压。
· 稀释风机
喷入锅炉烟道的氨气为空气稀释后的含5％左右氨气的混合气体。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。稀释风机两台按一台100％容量（一用一备）设置，共有四台离心式稀释风机。每台风机的风量：3500m3/h,风压：5000Pa。
·氨/空气混合器
为了实现氨和稀释空气的充分、均匀的混合，本工程共设置两台氨/空气混合器，尺寸：DN400，设计压力：0.3MPa。
· 氨气泄漏检测器
液氨储存及注入系统周边设有3只氨气检测器，以检测氨气的泄漏，并显示大气中氨的浓度。当检测器测得大气中氨浓度过高时，在机组控制室会发出警报，操作人员采取必要的措施，以防止氨气泄漏的异常情况发生。电厂液氨储存及供应注入系统远离机组，并采取措施与周围环境隔离。
· 排污系统
液氨储存和注入系统的氨排放管路为一个封闭系统，将经由氨气稀释槽吸收成氨废水后排放至废水池再经由废水泵送至主厂废水处理站。废水泵流量：15m3/h，扬程25m。
· 氮气吹扫
液氨储存及注入系统保持系统的严密性防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸是最关键的安全问题。基于此方面的考虑，本系统的卸料压缩机、液氨储罐、氨蒸发器、氨气缓冲罐等都备有氮气吹扫管线。在液氨卸料之前通过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫，防止氨气泄漏和与系统中残余的空气混合造成危险。
5.3 SCR反应器及附属系统
（1）系统组成
SCR反应器和附属系统由挡板门、氨注入格栅、SCR反应器、催化剂、吹灰系统和烟道等组成。
（2）工艺描述
由氨/空气混合器来的稀释氨气通过氨注入格栅的多个喷嘴，将氨喷入烟气中。注入格栅后的烟气混合装置促进烟气和氨的混合，保证烟气中氨浓度的均匀分布。
来自锅炉省煤器出口的烟气通过SCR反应器，SCR反应器包含催化剂层，在催化剂作用下，NH3与NOX反应从而脱除NOX，催化剂促进氨和NOX的反应。在SCR反应器最上面有整流栅格，使流动烟气分布均匀。催化剂装在模块组件中，便于搬运、安装和更换。烟气经过烟气脱硝过程后经空气预热器热回收后进入静电除尘器和FGD系统后排入大气。
SCR反应器催化剂层间安装吹灰器用来吹除沉积在催化剂上的灰尘和SCR反应副产物，以减少反应器压力降。
SCR工艺主要性能指标有：脱硝效率、氨量、反应器的压力降等。
SCR工艺主要设计参数有催化剂总量、催化剂高度、催化剂空隙率和烟气速度等。
燃煤锅炉SCR烟气脱硝装置催化剂设计参数见下表。
燃煤锅炉SCR烟气脱硝装置催化剂设计参数
项目
蜂窝型催化剂
板型催
化剂
本工程采用蜂窝催化剂
高灰煤
低灰煤
单块催化剂孔数
400
441
529
400
间距（mm）
7.4
7.0
6.4
6.9
7.45
比表面积（㎡/ m3）
427
470
500
285
451
空隙率（%）
69
71
67
82
78
压力降（kpa/m）
0.2
0.21
0.27
0.1
0.2
（3）主要设备选型
· SCR反应器
反应器的水平段安装有烟气导流、优化分布的装置以及氨的喷射格栅，在反应器的竖直段装有催化剂床。
反应器采用固定床垂直通道型式，初装2层，并预留1层位置，作为未来脱硝效率低于保证值时增装催化剂用，以此作为增强脱硝效率并延长有效触媒寿命的备用措施。
脱硝效率按80%设计，催化剂模块尺寸为长1901mm×宽952mm×高1100mm（含框架），锅炉脱硝反应器每层布置21个模块（3×7），层之间空间高度为3.4m，其中每层催化剂前端有耐磨层，减弱飞灰对催化剂的冲刷作用。每个反应器按3层设计，运行初期仅装2层。每台炉设置一个反应器。
反应器为直立式焊接钢结构容器，内部设有触媒支撑结构，能承受内部压力，地震负荷、烟尘负荷、触媒负荷和热应力等。反应器壳外部设有加固肋及保温层。触媒通过反应器外的触媒填装系统从侧门放入反应器内。
· 喷氨格栅
为了使氨在烟气中均匀分布，并且便于对反应器中第一层催化剂上方烟气的NH3/NOx摩尔比的调整，所以需在进口烟道上的合适位置设置喷氨格栅。包括供应箱、喷射格栅和喷射孔等。喷射系统配有节流阀及节流孔板。在对NOx浓度进行连续分析的同时，调节必要的氨量从喷氨格栅中喷氨。
5.4 脱硝装置总体布置
本烟气脱硝工程主要构筑物有脱硝装置、液态氨的贮存和供应系统的构筑物。
在制定脱硝装置布置方案时，应考虑下面设备：
— SCR反应器；
— 烟气管道；
— 与锅炉省煤器和空气预热器的联接；
— 辅助设备。
5.4.1布置原则
— 在规划基本的现场布置方案时，建筑和设备的位置应该按照需要的功能来布置，并考虑进出方便、建造难易、操作、维护和安全性。
—SCR反应器布置方案应该考虑将来在其它锅炉上安装脱硝装置的要求，脱硝系统的布置不能影响将来的装置布置和施工。
—一台锅炉设置一个SCR反应器。
—为SCR反应器留有适当的空间，用来设置过道，便于催化剂模块的安装和操作。
—为催化剂模块的抬升预留足够的空间。
—通道应该尽可能连续，所有的主要通道能允许叉式升降机（铲车）通行，并考虑其转动半径。
5.4.2总体布置方案选择
（1）SCR反应器的布置方式：
在热段/高灰布置中，SCR反应器位于省煤器和空气预热器之间，因为该区域烟气温度在300-400℃的范围内。锅炉省煤器和空气预热器之间的烟气温度在该范围内。世界上绝大多数燃煤火电厂的SCR装置采用这种布置万式。
这种布置方式的主要优点是投资和运行费用低，因为该段的烟气温度与催化剂要求的运行范围相符合。这种布置的其主要缺点是催化剂暴露于含有全部灰尘和硫分的烟气中。采用这种布置方式主要是含硫量低于2%的烟煤发电锅炉。
由于SCR系统所要求的烟气温度为330～415℃，故本工程SCR反应器放置在省煤器和空气预热器之间。
新建SCR系统的钢结构，根据在电厂现场测量及提供的资料，在布置基立柱等时主要考虑校核原有锅炉钢架基础的荷载。
（2）液态氨的贮存和供应布置
根据《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)关于乙类液体储罐防火间距的要求:氨站应该距离生产厂房、生产设备20m，距离明火和散发火花地点25m，距离全厂重要设施30m，距离运输道路、厂围墙lOm。
氨储罐布置在半露天防晒雨棚中的零米地面；氨卸载压缩机等转动的机械设备以及电气设备布置在氨储罐旁边的建构筑物内。
蒸发器、缓冲贮罐均布置在储罐旁边的构筑物内，采用防晒雨棚；稀释空气风机、氨/空气混合器均相应布置在每一台锅炉的零米附近。
道路:在液态氨的贮存和供应的建筑构筑物形成消防环路，采剧混凝土路面与厂区道路相连接。
液氨采用输送管道方式。
全厂脱硝装置的控制系统布置在主厂控制室内。
5.5 电气部分
5.5.1 380/220V供电系统
脱硝380/220V系统分别由锅炉或除尘器PC（动力中心）供电。因此在脱硝负荷区域设置脱硝MCC段，MCC电源分别由本机组锅炉或除尘器380/220V PC A、B段引接，脱硝的照明及检修电源取自脱硝MCC。
5.5.2直流系统
提供110V（控制）或220V（动力）直流电源供脱硝系统使用。
5.5.3 控制与保护
脱硝系统的电气、工艺设备的监测、控制纳入单元机组的DCS系统。控制电压采用110V DC或220V AC。
单元机组的DCS系统实现数据自动采集、定期打印制表、实时调阅、显示电气接线、亊故自动记录及故障追忆等功能。
5.5.4继电保护
容量为100KW及以上的低压电动机配框架抽出式断路器和智能PC测控装置；100kW以下的低压电动机配塑壳式断路器、接触器和智能MCC马达控制保护测量管理装置。继电保护配置按《火力发电厂厂用电设计技术规定》配置。
5.6仪表和控制系统
本工程采用炉机电网辅助集中监控方式，2台机组合设1个集中控制室，布置在原有主机组控制楼内。本工程机组总的自动化水平：能在就地人员的巡回检查和少量操作的配合下，在单元控制室内，以操作员站为主要监控中心，实现机组的启、停，运行工况的监视和调整以及事故处理等。脱硝系统的控制方式和控制系统配置方案与电厂整体自动化水平与控制系统设计方案一致。
5.6.1 技术要求
脱硝系统控制方式：SCR和氨制备系统采用与机组DCS硬、软件一致的DCS进行控制，整个脱硝DCS系统作为单元机组DCS系统的2个远程站，并设置一套调试操作员站(兼作工程师站)，脱硝DCS最终纳入到机组DCS系统进行控制。整个脱硝系统内不采用基地式调节装置与其他控制设备。运行人员可直接通过集控室中机组DCS操作员站完成整个脱硝系统的监控。
实现自动对有关参数进行扫描和数据处理；定时制表；参数越限时自动报警和打印；根据人工指令自动完成各局部工艺系统或辅机的程序启、停、模拟量控制。当系统发生异常或事故时，通过保护、联锁或人工干预，系统能在安全工况下运行或停机。
氨制备区配置的仪表、控制装置、电气设备等符合我国相关的规定，选用防爆型。
检测仪表精度选择，主要参数不低于0.5级，一般参数不低于1.5级；变送器精度为0.075级，分析仪表不低于ppb级。
脱硝装置进、出口NOx浓度检测采用多通道采样检测仪表。
采用与DCS硬件一体化的远程站系统(自带分散处理单元)，远程站与机组DCS间采用冗余通讯光缆连接。
远程I/O和处理器之间为冗余的通讯连接。
5.6.2 调试操作员站
1)调试操作员站采用先进可靠的工控产品(带UPS)，具有抗干扰、防辐射能力，不低于Pentium Ⅳ 3.0G，512M内存，160G硬盘(SCSI总线)，＞48倍速光驱，3.5英寸软驱，标准键盘，鼠标器，21英寸液晶显示器(分辨率至少为1280X1024，颜色不低于256位色)，多媒体防磁音箱。配置一台彩色激光打印机(A3)。
2)脱硝系统监视和控制的所有显示器画面(包括模拟图、棒状图、趋势图、操作画面、报警画面及操作指导等)，将集成在DCS监控操作员站上。提供良好的软件接口和配合，直至在DCS监控操作员站上实现对脱硝系统进行远方监视和操作的全部功能。
3)液晶显示器画面能分别显示各系统的工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态，也能显示成组参数。当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时，以不同颜色进行显示，并带有音响提示。按照系统各工艺流程图设计显示器画面，设有足够的幅数以保证各工艺系统和控制对象的完整性及所控系统的运行和控制状况。
6供货范围及清单
6.1供货范围（不仅限于此）
(1)SCR系统液氨储存区内液氨储罐、卸料压缩机、管路其所需附属设备；
(2)SCR系统范围内所有自动控制装置、仪表、测量装置、调节控制设备；
(3)SCR系统反应区内的钢结构、楼梯、平台；
(4)SCR系统范围内的防腐、保温和油漆；
(5)技术服务；
6.2供货清单
序号
品目及编号
规格型号
生产厂家
一
氨的制备供应系统
1
卸料压缩机
2
氨贮罐
3
液氨蒸发器
4
氨气缓冲罐
5
氨气稀释罐
6
氨气、空气混合器
7
稀释风机
8
废水泵
9
氨气泄露检测器
10
相应阀门、管道及其附件
小计
二
氨的喷射系统
1
氨喷射格栅
2
喷嘴
3
控制阀门
4
相应阀门、管道及其附件
小计
三
烟道系统
1
膨胀节
2
进口烟道（含导流板）
3
出口烟道
4
风门及执行机构
小计
四
SCR反应器
1
壳体
2
内部支撑结构
3
催化剂
4
测量格栅
5
导流与混合装置
6
整流装置
7
密封装置
8
涡流预除尘装置
小计
五
催化剂装卸系统
小计
六
吹灰系统
1
吹灰器
2
阀门和管路系统
3
控制设备
小计
七
控制系统
八
电气系统
九
SCR钢支架和平台、扶梯
1
SCR钢支架上部结构
2
平台扶梯
小计
十
保温、油漆
1
钢结构油漆
2
钢结构最后一道面漆
3
保温金属构件、保温材料和外护板
3.1
保温
3.2
外护板
3.3
保温金属构件
小计
十一
其它
1
采暖、通风、空调系统
2
消防系统
7施工工期
本项目在土建施工完毕具备安装条件后，而且能根据脱硝系统施工需要按计划停炉的前提下，保证整体施工在120天内完成。
8质量保证及售后服务
为了提高产品质量和服务，取得用户的信赖，我公司向广大用户做出质量保证及售后服务承诺：
1. 完善管理，确保质量
建立和完善企业质量保证体系，严格执行ISO9001标准，加强质量管理，确保优良的产品质量。
2. 保持沟通，深入调查
产品设计时，在满足用户工艺要求及国家相关技术标准的前提下，多与用户沟通，多深入细致的调查，力求设计出技术先进，用户满意的产品。
3. 严格监控、产品贯标
产品制作选用优质的材料，从材料入库到设备的制造，出厂的每道工序均实行严格的检验，保证产品运行的可靠性。
4. 合同第一、及时交货
严格按合同要求，急用户所急，按时交货，保证信誉。
5. 质量第一，用户至上
产品实行“三包”，保证良好的售后服务。
6. 用户投诉，及时处理
产品使用过程中，如发现质量问题，在接到用户通知后及时做出答复，并派出技术人员跟踪解决。省内24小时内，省外48小时内赶到现场解决问题。
7. 提供咨询、热情解答
热情对待各种咨询，帮助用户解决选型、操作等方面的疑问。
8. 定期走访、满足用户
建立和完善“用户档案”制度，定期走访用户，征求意见，做好用户反馈信息的分析处理工作，最大限度的满足用户要求。
9设计技术指标
序号
项 目 名 称
单 位
数 据
1
锅炉蒸发量
T/h
2
锅炉数量
台
3
脱硝系统处理烟气量
m3/h
4
脱硝反应器入口温度
℃
5
NOx初始排放浓度
mg/Nm3
6
NOx达标排放浓度
mg/Nm3
7
设计脱硝效率
%
8
脱硝工艺
9
液氨耗量（两台炉）
kg/h
10
年运行时间
h/a
11
装置连续使用率
12
氨逃逸浓度
scr脱硝原理篇(3):SCR脱硝催化剂失活机理及再生方法研究
SCR是火电厂烟气脱硝的主流工艺，其中催化反应器及其所采用的脱硝催化剂是该工艺的核心。本文从脱硝催化剂热烧结、中毒、堵塞及磨损4个方面阐述了催化剂的失活机理，提出了可供选择的再生方法。通过研究脱硝催化剂的各种失活机理，可以有针对性地根据锅炉特性、燃料特性以及飞灰成分进行SCR脱硝系统的优化设计，制定防止催化剂失活的措施，对延长催化剂寿命，降低SCR脱硝系统的运行维护费用具有重要意义。
1引言
2014年9月12日，国家发改委、国家环保部、国家能源局联合发文“关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》的通知”中要求，稳步推进东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组和有条件的30万千瓦以下公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造。随着该计划的出台和实施，氮氧化物的减排也迫在眉睫。其中SCR脱硝工艺由于脱硝效率高、技术成熟而得到广泛应用。
催化剂是SCR烟气脱硝系统的核心部件[1]。其性能直接影响SCR烟气脱硝系统的整体脱硝效果。由于造成催化剂失活的因素很多，因此研究总结催化剂的失活机理，针对具体的锅炉特性和燃料特性，制定合适的防范措施，对延长催化剂寿命、降低SCR烟气脱硝系统的运行费用具有重大意义。
本文从催化剂热烧结、催化剂中毒、催化剂堵塞、催化剂磨损4个方面分别阐述催化剂的失活机理。
2SCR催化剂失活原因分析
在SCR系统运行过程中，引起催化剂失活的原因主要有：催化剂的烧结、催化剂中毒、飞灰引起的催化剂堵塞、催化剂磨损等。
2.1催化剂的烧结与活性组分挥发
烧结是催化剂失活的重要原因之一，并且这种失活是不可逆的，催化活性不能通过再生得到恢复。作为烟气脱硝催化剂载体的TiO2：主要为锐钛型，在高温条件下晶型向金红石型转变，晶体的粒径增大，孔容与孔径减少，导致催化剂活性点位数量减少，催化活性降低。长期处于高温条件下，催化剂中的活性组分也会发生挥发性损失。适当提高催化剂中WO3的含量可以提高催化剂的热稳定性，从而提高其抗烧结能力。一般在烟气温度高于400℃时，烧结就开始发生，如长期处于450℃以上工作温度环境下，催化剂的寿命就会大大地降低。
2.2催化剂的中毒
(1)碱金属中毒
烟气中的碱金属(主要是K和Na)与催化剂的酸活性位发生反应，生成KVO3或NaVO3，使其钝化，催化剂的失活程度随表面碱金属的浓度而定。在水溶性状态下，碱金属有很高的流动性，能够进入催化剂材料的内部，对催化剂产生持久的毒害作用。不同碱金属元素毒性由大到小的顺序为：Cs2O>Rb2O>K2O>Na2O>Li2O。除碱金属氧化物以外，碱金属的盐类化合物也会导致催化剂的失活[2~3]。
(2)砷中毒
砷中毒是引起催化剂钝化的常见原因之一。典型的砷中毒是由于烟气中含有As2O3引起的，气态As2O3分子进入到催化剂的微孔中，与O2和V2O5反应，在催化剂表面形成As2O5，导致催化剂活性组分的破坏，如果煤中砷的质量分数超过3×10-6，SCR催化剂寿命将降低30％左右[4~5]。
选择Mo作助催化剂，形成V2O5-MoO3／TiO2成分，可以改变砷吸附的位置，从而减少对催化活性的影响。另外，当煤中砷的含量较高时，适当混烧一些高钙灰的煤，同样可以消除砷对催化剂的活性影响，防止砷中毒。
2.3飞灰引起的催化剂堵塞
2.3.1催化剂的飞灰堵塞机理
煤燃烧后所产生的飞灰绝大部分为细小灰粒．由于烟气流经催化反应器的流速较小，一般为6m/s左右，气流呈层流状态，细小灰粒聚集于SCR反应器上游，到一定程度后掉落到催化剂表面。由此，聚集在催化剂表面的飞灰就会越来越多．最终形成搭桥造成催化剂堵塞。烟气中除了细小灰粒，也可能存在部分粒径较大的爆米花状飞灰，颗粒一般大于催化剂孔道的尺寸，会直接造成催化剂孔道的堵塞。为了防止飞灰搭桥堵塞催化剂孔道．可在每层催化剂上方安装吹灰器．还可在第一层催化剂上方安装格栅网，用于拦阻、破碎大尺寸的爆米花状飞灰。
2.3.2催化剂的CaSO4堵塞机理
飞灰中的CaO和SO3反应生成CaSO4从而导致催化剂微孔堵塞。该中毒机理分4步进行：第一步，CaO颗粒附在催化剂的微孔上；第二步，SO3从烟气流中扩散到CaO颗粒并且将其包裹；第三步，SO3渗透到CaO颗粒内部；第四步，SO3扩散到CaO颗粒内部后．与CaO反应生成CaSO4，使颗粒体积增大14%，从而把催化剂微孔堵死，使NH3和NO无法扩散到微孔内部，导致催化剂失活。第四步反应速率大于第二步和第三步反应速率，第二步和第三步反应速率远远大于第一步反应速率，因此第一步是速率控制步骤。这说明催化剂微孔堵塞主要受烟气中的CaO浓度影响[6]。烟气中的CaO可以将气态As2O3固化，从而缓解催化剂砷中毒的影响，但是CaO浓度过高又会加剧催化剂的CaSO4堵塞[7]。
因此，在SCR烟气脱硝工程中，应针对具体的燃料特性和灰分成分来制定延长催化剂寿命的措施。
2.4SCR烟气脱硝催化剂磨损
催化剂磨损是由于飞灰冲刷催化剂表面造成的。活性成分均匀分布的催化剂，受磨损的影响较小，而活性成分主要集中在表面的催化剂，受磨损的影响较大。催化剂磨损程度的影响因素有烟气流速、飞灰特性、冲击角度和催化剂本身特性等。一般来说烟气流速越大，磨损越严重；冲击角度越大，磨损越严重。
通过合理设计脱硝反应器流场，避免在反应器局部出现高流速区，可以避免催化剂出现较严重的磨损。此外带硬边的催化剂也可以有效减少飞灰对催化剂的磨损。
3催化剂的再生
3.1水洗再生
水洗再生分在线清洗和离线清洗两种形式。在线清洗在反应器中进行，催化剂模块不拆除，而离线清洗需将催化剂模块拆下来在专门设施中清洗。水洗过程需要记录清洗液的温度和pH值。在清洗液中加入活性组分的前驱体，催化剂边清洗边浸渍，补充清洗过程中流失的活性组分。水洗再生过程简单、效果显著，催化性能可恢复到80%以上。
3.2热再生
在惰性气体保护下，以一定的升温速率，提高反应器内的温度，保持一段时间，然后再逐步降温，使沉积在催化剂表面上的铵盐受热气化、分解，吸附在催化剂表面的SO2气体发生脱附，一起随惰性气体吹出反应器，使催化剂的比表面积、孔容、孔径等物理性能得到恢复，催化活性得以改善。
3.3酸液处理再生
酸液处理主要应用于碱中毒后催化剂的再生，比单纯的水洗再生更加有效，还可以缩短再生时间。K．Raziyeh用0.5mol/L的稀硫酸再生生物质锅炉烟气脱硝催化剂得到了很好的再生效果，活性恢复率达92%[8]。沈伯雄等将受碱金属中毒后的催化剂先用清水冲洗，再用2mol/L浓度的硝酸溶液浸渍，再用清水淋洗至pH值达7左右，70℃下干燥，碱中毒的催化剂活性几乎全部恢复[9]。
4SCR催化剂的处置
催化剂的寿命一般在3～5年[10]，3～5年之后需要进行更换。由于催化剂的价格非常昂贵，并且其中含有V2O5和WO3等重金属，被更换下来的催化剂需要进行专门的无害化处理。根据国外的经验[11]，废弃催化剂的处理费用高达500欧元/m3。
目前国内SCR催化剂生产厂家暂无失活催化剂再生装置，即便再生也不能永久使用，用户不可避免会遇到废弃催化剂的处置问题。其中主要活性成分V2O5有毒性，属于剧毒品。美国、日本、韩国要求失效催化剂由用户委托持有危险废弃物处理许可证的单位负责处置，大多是破碎后在有毒固体废弃物处理场填埋场深埋。其他可行的处置方法如：将失效的催化剂研磨后与燃煤混合，送入锅炉燃烧，经热解后的催化剂材料与粉煤灰一起进行处置；研磨后与其他原料混合，用于制作混凝土；研磨后与水泥熟料混合，用作水泥添加剂，或用于制砖。
综上所述，失效催化剂的处置问题应引起重视，否则将造成二次污染。在有关部门尚未强制要求催化剂供应商必须召回废弃产品之前，用户需要对其进行安全处置。
5结语
研究总结SCR脱硝催化剂的各种失活机理及再生方法，可以有针对性地根据锅炉特性、燃料特性以及飞灰成分进行SCR脱硝系统的优化设计，制定恰当的防止催化剂失活的措施，对延长催化剂寿命、降低SCR脱硝系统的运行维护费用具有重要意义。
编辑：张伟
