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脱硫脱硝设备
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产品编号 006
脱硫脱硝设备-SNCR技术的催化剂费用通常占到SCR系统初始投资的40%左右，其运行成本很大程度上受催化剂寿命的影响，选择性非催化还原法脱硝技术应运而生。选择性非催化还原法（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）技术是一种不用催化剂，在850℃～1100℃范围内还原NOx的方法，还原剂常用氨或尿素，最初由美国的Exxon公司发明并于1970在日本成功投入工业应用，后经美国Fuel Tech公司推广，目前美国是世界上应用实例最多的国家。
脱硫脱硝设备方法是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为850℃～1100℃的区域后，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。其反应方程式主要为： 4NH3＋4NO＋O2→4N2＋6H2O （5-6） 4NH3＋2NO＋2O2→3N2＋6H2O （5-7） 8NH3＋6NO2→7N2＋12H2O （5-8） 而采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为： (NH2)2CO→2NH2＋CO （5-9） NH2＋NO→N2＋H2O （5-10） CO＋NO→N2＋CO2 （5-11） 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，也就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850℃～1100℃，并随反应器类型的变化而有所不同。当反应温度低于温度窗口时，由于停留时间的限制，往往使化学反应进行不够充分，从而造成NO的还原率较低，同时未参与反应的NH3增加也会造成氨气的逃逸，遇到SO2会产生NH4HSO4和（NH4）2SO4，易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。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： 4NH3＋5O2→4NO＋6H2O （5-12） 从而，NH3的作用成为氧化并生成NO，而不是还原NO为N2。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。
典型的SNCR系统（如图5-2）由还原剂储槽、多层还原剂喷入装置以及相应的控制系统组成。它的工艺简单，操作便捷，尤其适用于对现役机组的改造。又因它不需要催化剂床层，而仅仅需要对还原剂的储存设备和喷射系统加以安装，因而初始投资相对于SCR工艺来说要低得多。SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为25％～35％，且大多用作低NOx燃烧技术后的二次处置。 影响SNCR还原NO的化学反应效率的主要主要因素包括以下几点。 温度对SNCR的还原反应的影响最大。当温度高于1100℃时，NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低；温度低于800℃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热、再热器处及水平烟道的末级过、再热器所在的区域。 还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长，则NOx的脱除效果越好。NH3的停留时间超过1s则可以出现最佳NOx脱除率。尿素和氨水需要0.3s～0.4s的停留时间以达到有效的NOx脱除效果。 SNCR工艺所用的还原剂及制备方法与SCR工艺相同，主要是NH3和尿素。为了获得理想的NOx脱除效率，还原剂的用量（化学当量）比SCR工艺要大。大多数过量的还原剂分解为氮气和CO2，但是，也有微量的氨和CO会残留在尾气中，造成氨的泄漏问题。其中氨的泄漏量一般小于2.5×10-5，比较好的情况下可以小于1×10-5。在用尿素作还原剂的情况下，其N2O的生成几率要比用氨作还原剂大，这是因为尿素可分解为HNCO，而HNCO又可进一步分解生成为NCO，而NCO可与NO进行反应生成氧化二氮： NCO＋NO→N2O＋CO （5-13）
脱硫脱硝设备为了提高SNCR对NOx的还原效率，降低氨的泄漏量，必须在设计阶段重点考虑以下几个关键的工艺参数：燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、NO浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及CO浓度等。 在脱硝效率要求不高的情况下使用，该方法的特点是如下。 （1）系统简单：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； （2）系统投资小：由于系统简单以及运行中不需要昂贵的催化剂，其投资费用比SCR法低。 （3）阻力小：对锅炉的正常运行影响较小； （4）系统占地面积小：需要的较小的氨或尿素储槽，可放置于锅炉钢架之上而不需要额外的占地。 （5）脱硝效率比SCR法低40～50个百分点。
1、 气体催化剂脱硝的原理在于气体催化剂可以将难溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物。
1、气体催化剂化学反应机理
气体催化剂的详细化学反应机理比较复杂。在实际运用中，可根据低温条件下气体催化剂与NO的关键反应进行调试。低温条件下，气体催化剂与NO之间的关键反应如下：
NO +O+M→NO2 + M （1） NO2+M→NO3+O2 （2）
2、吸收剂化学反应机理
常用碱液吸收剂有 NaOH、NH4OH等。 用NaOH吸收尾气中氮氧化物的反应如下： 2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3+ H2O NO+NO2 + 2NaOH = 2NaNO2 +H2O 2NO2 +Na2 CO3 =NaNO2+NaNO3+CO2
3、气体催化法与SCR法对比 （1）安全性高,不需要液氨等有毒气体。 （2）运行成本低。某台小锅炉改造前后费用对比表
（3）无氨逃逸及氨污染。 （4）效率高，在0.9≤M/NO＜1的情况下，脱硝率可达到85%以上。 （5）生成物为化工原料，应用广泛且价格高。 （6）无需繁琐的控制单元及检测单元，减轻运行人员劳动强度。 缺点：在氮氧化物浓度较高时，前期投资较大。 （7）同时能够除去二恶英，H2 S等有害气体。 2、 SCR法的基本原理 选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3）“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。其原理首先由Engelhard公司发现并于1957年申请专利，后来日本在该国环保政策的驱动下，成功研制出了现今被广泛使用的V2O5/TiO2催化剂，并分别在1977年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运用。SCR技术对锅炉烟气NOx控制效果十分显著、技术较为成熟，目前已成为世界上应用最多、最有成效的一种烟气脱硝技术。 在SCR脱硝过程中，通过加氨可以把NOx转化为空气中天然含有的氮气(N2)和水(H2O)，其主要的化学反应如下： 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (5-1) 6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O (5-2) 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (5-3) 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O (5-4) 在没有催化剂的情况下，上述化学反应只在很窄的温度范围内（850～1100℃）进行，采用催化剂后使反应活化能降低，可在较低温度（300～400℃）条件下进行。而选择性是指在催化剂的作用和氧气存在的条件下，NH3优先与NOx发生还原反应，而不和烟气中的氧进行氧化反应。 在选择性催化还原系统中，一般由氨的储存系统、氨和空气的混和系统、氨喷入系统、反应器系统及监测控制系统等组成，对火电厂来说，SCR反应器一般安装在锅炉省煤器与空预器之间，因为此区间的烟温刚好适合SCR脱硝还原反应，氨则喷射于省煤器与SCR反应器之间烟道内的适当位置，使其与烟气混合后在反应器内与NOx反应。催化剂安放在一个像固体反应器的箱体内。催化剂单元通常垂直布置，烟气由上向下流动。典型工艺布置和反应原理如图5-1所示。
SCR烟气脱硝原理
SCR是目前世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。SCR技术具有以下特点。 ①NOx脱除效率高 据有关文献记载及工程实例监测数据，SCR法一般的NOx脱除效率可维持在70%-90%，一般的NOx出口浓度可降低至100mg/m3左右，是一种高效的烟气脱硝技术。 ②二次污染小 SCR法的基本原理是用还原剂将NOx还原为无毒无污染的N2和H2O，整个工艺产生的二次污染物质很少。 ③技术较成熟，应用广泛 SCR烟气脱硝技术已在发达国家得到较多应用。如德国，火力发电厂的烟气脱硝装置中SCR法大约占95％。在我国已建成或拟建的烟气脱硝工程中采用的也多是SCR法。 ④投资费用高，运行成本高 河北拓展--以我国第一家采用SCR脱硝系统的火电厂—福建漳州后石电厂为例，该电厂600MW机组采用日立公司的SCR烟气脱硝技术，总投资约为1.5亿人民币。除了一次性投资外，SCR工艺的运行成本也很高，其主要表现在催化剂的更换费用高、还原剂（液氨、氨水、尿素等）消耗费用高等。
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