一种SCR 脱硝新控制工艺分析

李荣铎，张跃斌

（河南双诚环境科技有限公司，河南新乡 453000）

0 引言

近年来，我国空气污染形式日益严峻，氮氧化物成为大气污染的主要污染源之一，锅炉使用的燃烧机排放的烟气需要处理后才能达到排放标准。大气氮氧化物排放会造成多种环境影响，由于环境保护越来越受到政府和人民大众的重视，有为了生产而建的蒸汽锅炉，有为了环保而建的废物燃烧锅炉，这些锅炉除了要求使用低氮燃烧器外，还需安装烟气脱硝装置，必须采用烟气脱硝技术，锅炉尾气才能达到排放标准，我国目前的NOx（氮氧化物）排放地方标准，如北京2015 年发布的《锅炉大气污染物排放标准》（DB11-139—2015）规定：NOx指标新建为30 mg/m3，在用为80 mg/m3；福建发布的《生活垃圾焚烧氮氧化物排放标准》（DB 35/1976—2021）规定：NOx指标新建24 h均值为120 mg/m3，在用24 h 均值150 mg/m3。目前在众多的锅炉烟气脱硝技术中，选择性催化还原法（SCR）脱硝效率高，技术成熟，应用最多。

1 SCR 脱硝系统选择性催化还原原理

SCR 脱硝的选择性催化还原，指的是在催化剂的参与和氧气存在条件下，NH3优先和NOx发生还原化学反应，生成氮气和水。其主要化学反应式为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O，2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O。在没有催化剂参与的情况下，上述化学反应只能在980 ℃左右的很窄的温度范围内进行，采用催化剂时，其反应温度能降低到300～400 ℃，上述反应虽为放热反应，但是NOx在烟气中的浓度较低，故反应引起催化剂的温度升高可以忽略不计。

2 SCR 脱硝系统工艺简介

SCR 脱硝系统主要由氨水的储存系统、清水的存储系统、烟气管路系统、氨气注入系统、SCR 催化反应器等组成（图1）。

图1 SCR 脱硝流程

SCR 催化反应器布置在锅炉烟气出口烟气管道和烟囱之间，在该位置，烟气温度能够达到理想的反应温度，在催化剂的参与下，雾化后的氨水能够在315～400 ℃与锅炉排放出的烟气中的NOx反应生成N2和水。

SCR 催化反应器的尺寸根据锅炉的吨位定制，脱硝反应器设计成3 层催化剂布置方式，烟气在锅炉烟道出口管道内经过与氨气均匀混合后从上方进入SCR 反应器，气流垂直向下流经反应器，反应器内部上方入口设置气流导流装置，使气流能够均匀流经反应器。反应器主要由催化剂、催化剂支撑、反应器壳体、密封板、吹扫装置等组成。在反应器内，雾化后的液氨在催化剂的参与下，与烟气中的NOx反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的NOx。吹扫装置定时吹扫去除催化剂上污物，使其反应时接触面积最佳，时刻保持反应效果最佳状态。

3 SCR 脱硝工艺控制方式

氨水储存系统主要由2 台卸料泵（1 用1 备）、氨水储罐组成，氨水用罐装卡车运输，2 选1 使用卸料泵将氨水从罐装卡车罐内抽到存储罐内，以液体形态储存于氨水储罐中。清水罐用浮球开关自动加水。

氨水注入系统主要由2 台变频柱塞氨水泵（1 用1 备）、2 台变频柱塞稀释泵（1 用1 备）、喷枪、雾化压缩气供气管道等组成。当NO 浓度高于“喷枪启动设定值”（图2 的“喷枪启动NO差值”）时，根据氨水泵设定的频率启动氨水泵，可调节氨水泵对应的变频器频率，改变供给氨水的多少；此时可选择是否使用稀释泵，并可根据设定的频率同步启停稀释泵，并可调节稀释泵对应的变频器频率，来改变供给清水的多少。当NO 浓度低于“喷枪停止设定值”（图2 的“喷枪停止NO 限值”）时，停止氨水泵和稀释泵。压缩气调节阀可调节开度，来控制雾化效果。调整供给氨水频率、稀释泵频率、压缩气调节阀开度适当，才能达到最佳雾化效果。SCR 催化反应器内吹扫，由专用定时控制器控制，可调整吹扫时间和吹扫间隔。

图2 SCR 脱硝设备主要控制参数

远东科技锅炉尾气SCR 脱硝项目中，电控系统采用了知名品牌西门子SMART 200PLC、昆仑通态触摸屏和ABB 变频器，控制系统性能稳定。

4 SCR 脱硝工艺设备采取的安全措施

已建成投入使用的SCR 脱硝设备系统外观见图3，为确保系统的安全稳定运行，本净化系统在设备结构设计上进行优化，安全上有如下措施：①氨水供给系统管路设计有调压系统和超压回流系统；②清水供给系统管路也设计有调压系统和超压回流系统；③氨水储罐设计有液位计，并可从触摸屏直观观察液位，液位过低过高报警提醒；④各管道都有保温措施，防止冬天水路冻坏；⑤2 台卸料泵、2 台氨水泵、2 台稀释泵的2 选1 均有互锁，即启动1 号泵是无法打开对应2 号泵的，必须将1 号泵关闭才能启动对应2 号泵，同样启动2 号泵是无法打开对应1 号泵的，必须将2 号泵关闭才能启动对应1 号泵；⑥现场安装2 台气体泄漏报警器，检测氨水是否泄漏；⑦针对电机不运转（故障）、电动阀门执行器不动作、阀门开关超时、压缩气压力不足、变频器故障等设置了故障报警系统以及相关连锁动作。

图3 SCR 脱硝设备

5 SCR 脱硝工艺设备工艺特点

工艺特点有：①采用SCR 脱硝工艺净化锅炉烟道尾气，工艺简单、设备紧凑、运行可靠；②采用变频器驱动氨水泵和稀释泵，节能；③采取了多种安全保护措施，确保设备安全运行；④净化锅炉尾气不产生二次污染；⑤对锅炉尾气NOx净化效率一般可达97%以上；⑥可广泛用于石油、化工、橡胶、油漆、涂装、家电等行业的蒸汽锅炉、固废燃烧锅炉、废液燃烧炉等产生的尾气的净化处理。

6 结束语

综上所述，作为SCR 工艺的核心，脱硝催化剂的选择很重要，要选用质量和性能好的催化剂，这样能提升整体化学反应效率。因此，设计脱硝设备时除了设计合理的反应器及烟道外，催化剂的选择同样至关重要。一般来说，依据项目烟气成分、特性、效率以及客户要求来量身定制脱硝催化剂。催化剂的形式有：波纹板式，蜂窝式，板式。近些年来SCR 脱硝技术发展较快，在西欧和日本得到了广泛的应用，目前在我国也越来越得到广泛应用。