SCR 烟气脱硝
技术方案（采用低温催化剂）
2016年9月12日
一设计概述
1.1 设计背景
本设计方案为xxxx玻璃科技玻璃窑烟气SCR脱硝处理项目。1.1.1烟气参数
（1）烟气流量：73000Nm3/h（工况）；37000m3/h（标况）
（2）烟气温度：248~260℃；
（3）氮氧化物含量：2769~2948 mg/m3
（4）SO2含量：226~738 mg/m3
（5）O2浓度：10~11.7%
1.1.2烟气排放指标：
氮氧化物含量： 50 mg/Nm3（《省工业窑炉大气污染物排放标准》DB37/2375-2013）
1.2 SCR烟气脱硝技术介绍
1.2.1 SCR工艺原理：
选择性催化还原法（SCR）是指在催化剂的作用下，在锅炉排放的烟气中均匀地喷入氨气，从而将烟气中的NO x还原生成N2和H2O。SCR是一个连续的化学工艺过程，其中含氮还原剂例（如氨气）加入到含NO x的烟气中。
主要的化学反应如下：
4NH3 + 4NO + O2→4N2 + 6H2O (1.2-1)
4NH3 + 2NO2 + O2→3N2 + 6H2O (1.2-2)
4NH3 + 6NO → 5N2 + 6H2O (1.2-3)
8NH3 + 6NO2→ 7N2 + 12H2O (1.2-4)
烟气中的NO x 主要是由NO 和NO 2组成的，其中NO x 总量的95％为
NO ，其余的5％基本上为NO 2。所以脱硝反应的主要化学反应方程式
是（1.2-1），它的反应特性如下：
① NH 3和NO 的反应摩尔比为1左右；
② 脱硝反应中离不开O 2的参与；
③ 最为典型的反应温度窗口：300℃～400℃；
除了以上提及的化学反应方程式，其实脱硝反应中还存在着有害反应，具体如下：
SO 2被氧化成SO 3的反应：
32222SO O SO →+ （1.2-5）
NH 3的氧化反应：
O H NO O NH 2236454+?→?
+ （1.2-6） O H N O NH 22236234+?→?
+ （1.2-7） 催化剂的选择性成分为NOx 的还原反应提供了很高的催化活性。 氮气和水是脱硝反应的主要产物。SCR 技术需要的反应温度窗口为300℃～400℃。在反应温度较高的情况下，会导致催化剂产生结晶或着烧结等现象；在反应温度较低的情况下，硫酸铵在催化剂表面凝结，催化剂的微孔被堵塞，催化剂的活性会降低。
SCR 技术具有脱硝效率高，氨消耗少、脱硝性能稳定、运行平稳、成熟等优点，是世界公认的烟气脱硝主流技术。
1.2.2 SCR 烟气脱硝系统选择
1）SCR 反应塔布置方案
（1）高温侧高飞灰烟气段布置。
在设计的过程中，将SCR 反应器直接安装在了省煤器出口和预热器入口中间的位置，也就是要将其设置在空气预热器和静电除尘器的
前面，它在运行中最为明显的特点就是烟气在经过省煤器之后进入到SCR反应器中，其温度一般会在300-430℃之间，可以满足很多催化剂的使用需要。采用这种方案的时候，烟气在进入到SCR反应塔之前是不需要再加热的，所以在成本投入方面存在着较为明显的优势，当前也成为了很多燃煤电厂锅炉安装SCR烟气脱硝装置的一种非常常见的方案。
但是在离开锅炉省煤器之后，烟气当中的飞灰和二氧化硫浓度相对较高，催化剂容易受到飞灰颗粒和副产物的影响，催化剂表面极易破损，所以设备的性能也会受到极大的影响。所以，SCR采用高温侧飞灰烟气段布置的时候，在催化剂的选择上要尤其注意，一定要选择那些性能比较好的催化剂，如果有需要的话还可以对催化剂进行硬化处理，催化剂的数量一定要充足。
本技术方案即采用高温侧高飞灰烟气段布置。
（2）高温侧低飞灰烟气段布置。
SCR反应塔安装在高温静电除尘器出口和空气预热器入口中间的位置，也就是高温静电除尘器的后侧，其在运行过程中最主要的一个特点就是烟气在进入到SCR反应塔之前实际上已经经过了除尘处理，粉尘的水平相对较低，但是其二氧化硫的浓度还处在比较高的水平，细灰颗粒比较容易产生粘结，此外还有可能在这一过程中出现自清扫现象，催化剂的功能就会受损，所以在应用的过程中需要用比较快的清扫速度来对催化剂的表面进行清理。高温静电除尘器的运行温度一般在300-400℃之间，如果在进入到SCR反应塔之前已经有了较高的
温度，就不需要对其进行二次重复加热。
（3）低温侧低飞灰尾部烟气段布置。
SCR反应塔设置在空气预热器和静电除尘器以及烟气脱硫装置的下半部分，也就是说设置在除尘器和脱硫装置的后面。烟气在经过高温除尘器和脱硫装置的处理之后，SCR入口的二氧化硫浓度非常低，所以催化剂不容易腐蚀或者是堵塞，所以在催化剂的选择上可以采用中等口径的催化剂，此外喷氨对飞灰质量和脱硫废水也基本上不会产生负面的影响。
由于烟气经过脱硫塔后进入SCR反应塔时温度较低(55～70℃)，需采用昂贵的气-气加热器对烟气进行再加热( 加热至250 ℃以上)，并需采用燃油或燃气进一步提高烟气温度，其投资费用与运行费用较高，目前很少采用这种方案。
2）SCR反应塔优化设计
SCR反应塔中的催化剂通常垂直布置，烟气自SCR反应塔顶部垂直向下平行于催化剂表面流动。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反应塔的停留时间的大小。
3）SCR催化剂的选取
SCR催化剂类型及其使用温度围：氧化钛基催化剂：270-400℃；氧化铁基催化剂380-430℃；沸石催化剂：300-430摄氏度；
上述催化剂的使用温度一般在300℃以上。因为本项目烟气温度在
250℃左右，因此，本设计方案选取低温板式催化剂，主要的活性成分是V-W-Ti或者V-Mo-Ti，载体是不锈钢网。
4）SCR催化剂的更换方案
SCR反应塔中的催化剂在运行一段时间后其反应活性会降低，导致氨逃逸量大。为了使催化剂得到充始理利用，一般设计硝效率在SCR 反应塔中布置2-4层催化剂。工程设计常在反应塔底部或顶部预留1-2层备用层空间，即2＋1或3+1方案。采用SCR反应塔预留备用层方案可延长催化剂更换周期，一般节省高达25%的需要更换的催化剂体积用量，但缺点是烟道阻力损失有所增大。
5）供氨与喷氨系统
现有SCR脱硝领域中，使用液氨，尿素溶液和氨水作为还原剂，在投资和运行过程中都有各自的优缺点。其中，液氨作为还原剂，运行成本低，但是由于液氨是属于高危化学物品，国家对它的运输，储存以及使用都有非常严格的要求，所以氨区造价成本很高，而且在居民区或附近国家禁止使用液氨作为还原剂。尿素溶液作为还原剂的话，需要热解或水解，投资成本和运行成本高。
目前氨水作为还原剂，需要蒸发器的话，把氨水蒸发成气体后通过喷氨格栅喷入烟气中，再导入到反应塔中进行脱硝。以一台75吨流化床锅炉为例，烟气量为110000Nm3/h，热源为4MPaG，340°C的过热蒸汽，蒸发器的投资成本大约是60~70万元人民币(包括管道，电器仪表以及安装费用等)，每小时用量250~300kg/h蒸汽(换算为热量为130Mcal/h)，蒸汽价格以每吨170元计算，运行成本1020~1224
元/天，372300~428400元/年。如果用电作为热源的话，运行成本更高。
本技术方案不使用氨水蒸发器和喷氨格栅，通过使用一种特殊的氨水喷嘴，将氨水雾化成小于60~120μm的颗粒直接喷到高温烟气中，氨水与高温烟气进行混合的同时，蒸发掉其中的水分，形成氨气进入反应塔中与氮氧化物进行还原反应。这种装置设备简洁，不设蒸发器，节省投资成和运行成本。