煙氣脫硝技術介紹及各種方案比較

目前主流的煙氣脫硝技術有選擇性非催化還原技術（SNCR）、選擇性催化還原技術（SCR）和SNCR/SCR聯合脫硝技術。

SNCR技術

研究發現，在800～1250℃這一溫度范圍內、無催化劑作用下，氨水等還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx生成N2和H2O，基本上不與煙氣中的O2作用，據此發展了SNCR脫硝技術。

SNCR煙氣脫硝的主要反應為：

NH3為還原劑 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O

SNCR通常采用的還原劑有氨水、氨水和液氨，不同還原劑的比較如表3.1所列。

表3.1 不同還原劑特點

從SNCR系統逃逸的氨可能來自兩種情況，一是噴入的還原劑過量或還原劑分布不均勻，一是由于噴入點煙氣溫度低影響了氨與NOx的反應。還原劑噴入系統必須能將還原劑噴入到爐內最有效的部位，如果噴入控制點太少或噴到爐內某個斷面上的氨不均勻，則會出現分布較高的氨逃逸量。在較大尺寸的鍋爐中，因為需要覆蓋相當大的爐內截面，還原劑的均勻分布則更困難。為保證脫硝反應能充分地進行，以最少噴入NH3的量達到最好的還原效果，必須設法使噴入的NH3與煙氣良好地混合。若噴入的NH3不充分反應，則逃逸的NH3不僅會使煙氣中的飛灰容易沉積在鍋爐尾部的受熱面上，而且煙氣中NH3遇到SO3會產生NH4HSO4易造成空氣預熱器堵塞，并有腐蝕的危險。因此，SNCR工藝的氨逃逸要求控制在8mg/Nm3以下。圖1.1為典型SNCR脫硝工藝流程圖。

圖1.1 SNCR工藝系統流程圖

SNCR煙氣脫硝過程是由下面四個基本過程組成：

? 還原劑的接收和溶液制備；

? 還原劑的計量輸出；

? 在鍋爐適當位置注入還原劑；

? 還原劑與煙氣混合進行脫硝反應。

SCR技術

選擇性催化劑還原（SCR）技術是在煙氣中加入還原劑（最常用的是氨和氨水），在催化劑和合適的溫度等條件下，還原劑與煙氣中的氮氧化物（NOx）反應，而不與煙氣中的氧進行氧化反應，生成無害的氮氣和水。主要反應如下：

4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O

NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O

6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O

在沒有催化劑的情況下，上述化學反應只是在很窄的溫度范圍內（800～1250℃）進行。SCR技術采用催化劑，催化作用使反應活化能降低，反應可在更低的溫度條件（320～400℃）下進行。

對SCR系統的制約因素隨運行環境和工藝過程而變化。制約因素包括系統壓降、煙道尺寸、空間、煙氣微粒含量、逃逸氨濃度限制、SO2氧化率、溫度和NOx濃度，都影響催化劑壽命和系統的設計。除溫度外，NOx、NH3濃度、過量氧和停留時間也對反應過程有一定影響。

SCR系統一般由氨或氨水的儲存系統、（氨水轉化為氨系統）、氨與空氣混合系統、氨氣噴入系統、反應器系統、檢測控制系統等組成。SCR脫硝反應器在鍋爐尾部一般有三種不同的布置方式，高塵布置、低塵布置和尾部布置，圖1.2為目前廣泛采用的高塵布置SCR煙氣脫硝系統工藝流程圖。

圖1.2 SCR工藝系統流程(高塵布置)

對于一般燃煤或燃油鍋爐，SCR反應器多選擇安裝于鍋爐省煤器與空氣預熱器之間，因為此區間的煙氣溫度剛好適合SCR脫硝還原反應，氨被噴射于省煤器與SCR反應器間煙道內的適當位置，使其與煙氣充分混合后在反應器內與氮氧化物反應，SCR系統商業運行的脫硝效率約為80%～90%。

SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術

SNCR/SCR混合技術是SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術同SCR工藝利用末反應氨進行催化反應結合起來，或利用SNCR和SCR還原劑需求量不同，分別分配還原劑噴入SNCR系統和SCR系統的工藝有機結合起來，達到所需的脫硝效果，它是把SNCR工藝的低費用特點同SCR工藝的高脫硝率進行有效結合的一種揚長避短的混合工藝。SNCR/SCR混合工藝的脫硝效率可達到60～80%，氨的逃逸小于4mg/Nm3。圖1.3為典型的SNCR/SCR混合煙氣脫硝工藝流程。

圖1.3 SNCR/SCR聯合工藝脫硝流程圖

主要煙氣脫硝技術的比較

幾種主要煙氣脫硝技術綜合比較情況如表1.2所列。

表1.2 SCR、SNCR、SNCR/SCR技術綜合比較