SCR脫硝技術

SCR脫硝技術

1、目的和原理

脫硝技術主要包括了選擇非催化還原（SNCR），選擇性催化還原（SCR）和SNCR、SCR結合的工藝。

SCR具有很高的脫硝效率（70-90%），它是成熟的脫硝工藝，是脫硝應用最廣泛的技術。

SCR的意思是煙氣中的氮氧化合物選擇性的和還原劑進行反應，生成氮氣和水，脫除煙氣中的氮氧化合物（NOx）。

SCR的化學反應方程式是：

       4NO + 4NH₃+O₂ → 4N₂ +6H₂O

6NO₂ + 8NH₃ + O₂  → 7N₂ + 12H₂O

典型的SCR脫硝系統的工藝

 在SCR脫硝系統中，各種廢氣中含有的NOx和氨水、尿素或其他含有氨基的物質進行反應，生成氮氣和水。

基于經濟性、處理難度和系統的安全角度考慮，選擇最適合的含氨基的還原劑
SCR系統主要包含了反應器、還原劑儲罐、還原劑噴射系統和催化劑，在還原劑噴射和煙氣進行完全混合之后，廢氣會進入催化劑層，脫硝反應將會在這里進行。

氮氧化合物在催化劑表面轉化成氮氣和水。當還原劑是氨的時候，化學反應方程式如下。

4NO+4NH3+O2 -> 4N2+6H2O
6NO2 +8NH3 -> 7N2+12H2O

2、性能（常用范圍）

 使用范圍：（燃氣、燃油、燃煤）鍋爐，汽輪機，垃圾焚燒發電廠和柴油發電機

效率：大于90%的脫硝率

運行溫度：200-420℃

氮氧化物含量：10-2,000ppm

壓降：小于1.2kPa/反應器

反應器：催化劑床層可安裝在余熱鍋爐內

運行條件： 冷啟動30分鐘以內可以達到穩定狀態

1）當要求的脫硝效率大于95%的時候，排放的還原劑的量會顯著的增加；

2）運行溫度的確定應該考慮煙氣中SOx的濃度，以防形成ABS，導致催化劑堵塞。

3、備注

SCR脫硝系統的性能主要依賴于催化劑的性能（活性，壽命等）和還原劑噴射的控制技術。

V/TiO2催化劑是通過三氧化釩離子吸附在二氧化鈦晶體上并且煅燒制成的，廣泛的運用在SCR系統中。

脫硝反應速度非常快，所以，反應速度主要受還原劑擴散率的控制：層流邊界層和催化劑微孔處的擴散率。

催化劑技術的發展與日俱新。但是，現在模塊化的、用強化陶瓷纖維制成的催化劑獲得了很高的評價。這種催化劑有以下的結構。

催化劑的細粉（直徑為1- 30um）均勻的分散在陶瓷纖維的母體上。

由于反應物的擴散率是加速增長的， 這種催化劑對脫硝反應有高活性和對二氧化硫有低活性： 二氧化硫氧化成三氧化硫，會導致下游設備的腐蝕和飛灰沉積。

因為有很高的擴散率，反應器對運行條件的變化非常敏感。所以有可能控制還原劑的瞬時噴射量，并將其控制在最適合的范圍內。

當反應溫度大于350℃，V/TiO2基本上都中了三氧化硫的毒，并且顯示出了長期運行的穩定活性。 

粉塵中的堿性金屬被認為是催化劑的毒物。但在正常運行條件下，他們和催化劑活性部分接觸得機會很小，一般來說它們對催化劑活性的危害不是很大。但是應該考慮Se，Zn，As的混合物和他們的蒸氣是催化劑的毒物。

模塊化的催化劑安裝在反應器的催化劑層中。它空隙部分占了有80%，所以催化劑層的壓降是很低的。在煙氣中的飛灰不是很黏的時候，飛灰也不會堵塞催化劑層。

SCR的流體動力學（CFD）模擬

計算流體動力學模擬（CFD）在模型定義時不必考慮放大或縮小的影響，它本身就能考慮到電廠的實際規模。它能夠準確的模擬熱量狀況，就好像在實際的設備里一樣。除了傳統研究中的計算流場，溫度的分布和氨濃度之外，CFD模擬還能研究更復雜的問題，比如氨液滴的蒸發以及灰塵粒子的擴散等。

在SCR反應器中模擬CFD的目的主要是為了實現以下結果：

Ⅰ 實現無變化的流向上游的噴氨格柵，和上游的第一層催化劑

Ⅱ 還原劑和煙氣達到完全的混合

Ⅲ 防止煙道系統中粉塵的沉積

Ⅳ 盡量減小由SCR反應器引起的壓損

（1）      模擬中用到的幾何學

Flow.Vision 在對不同的SCR反應器進行的各種流體調節裝置的應用和測試方面有著長期的經驗。我們使用的每種流體調節裝置均已經應用于實際項目中，并且證明是相對于該項目的最合適的設計。

Flow.Vision的工作通常被證明是在效率和經濟性方面最好的設計方案。

（2）      上游噴氨格柵處的流體分布

使煙氣在上游噴氨格柵處有很好的分布是實現一個成功的設計和高性能脫硝系統的重要工作之一。

（3）      上游第一層催化劑處的流體分布

催化劑入口處的速度分布是保證高的催化反應性能的一個重要因素。

此外，Flow.Vision在避免催化劑腐蝕或堵塞等問題上已經證明具有最先進的設計。因而在我們的設計中，我們非常注重去實現在上游催化劑層處有很好的速度分布模型。

（3）混合計算

還原劑和煙氣之間很好的混合對達到高的脫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離和非常低的壓力降。

SCR的物理模型

典型的Flow.Vision的SCR脫硝系統的物理模型采用的比例一般是1：10，1：12或者1：15。物理模型完全由有機玻璃或者是金屬和有機玻璃的混合物制作而成。

物理模型用來測試證明以下項目：

Ⅰ 系統的布置

Ⅱ 流體調節裝置（FCD）的設計，比如導流板，均質器，分配器等

Ⅲ 粉塵沉積測試

Ⅳ 混合器性能評估（噴氨格柵或者靜態混合器）

Ⅴ 系統壓損評估

系統布置

流體調節裝置（FCD）的設計，比如導流板，均質器，分配器等

粉塵沉積測試

靜態混合器

靜態混合器的作用就是幫助還原劑和煙氣在SCR反應器內更好的混合。在實際工程中一般會用到幾種形式的靜態混合器。通過多年的實踐，Flow.Vision將靜態混合器不斷進行優化設計，以實現在最低壓損下的最大混合量。

（1）      渦流混合器

渦流發生混合器依靠在盤片邊緣產生渦流這種物理現象。

逆流旋轉的漩渦的工作狀態就像一個旋轉器。

煙道中位置的精確范圍是在CFD模擬和3D模型的流體測試中建立的。

氨和NOx的高混合率能夠在很短的距離內完成。

氨逃逸被減少到了最小值。

（2）      交叉混合器

Flow.Vision在設計和測試交叉混合器方面有著豐富的經驗。經過多年的使用及接觸，我們的員工對各種類型的交叉混合裝置都非常了解。