选择性催化还原废气脱硝技术及应用

废气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少Nox排放的方法，应用较多的有选择性催化还原法（Selectivecatalyticreduction，简称SCR）、选择性非催化还原法（Selectivenon-catalyticreduction，以下简称SNCR）。SCR的脱硝率可达90%以上。SCR的发明权属于美国，而日本率先于20世纪70年代实现其商业化应用。目前该技术在发达国家已经得到了比较广泛的应用。日本有93%以上的废气脱硝采用SCR，运行装置超过300套。德国于20世纪80年代引进该技术，并规定发电量50MW以上的电厂都得配备SCR装置。台湾有100套以上的SCR装置在运行。大庆石化总厂化肥厂、川化集团公司、北京燕山石化公司合成橡胶厂和福建漳州电厂等也从国外引进了SCR装置。

1技术原理
有多种还原剂（CH4、H2、CO和NH3）可以将Nox还原成N2，尤其是NH3可以按下式选择性地和Nox反应：
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O（1）
8NH3+6NO2=7N2+12H2O（2）
通过使用适当的催化剂，上述反应可以在200~450℃的范围内有效进行。在NH3/Nox为1（摩尔比）的条件下，可以得到80%~90%的脱硝率。在反应过程中，NH3有选择性地和Nox反应生成N2和H2O，而不是被O2所氧化。
2工艺流程
SCR废气脱硫装置的工艺流程如图1所示，主要由氨气供应系统、氨气控制系统、催化剂、排气系统、预热系统和反应器等组成。液氨由槽车运送到液氨储罐，液氨储槽输出的液氨在蒸发器内蒸发为氨气，并将氨气加热到常温后，送到氨气缓冲罐备用。氨气缓冲罐的氨气经调压阀减压后，通过喷氨格栅的喷嘴喷入废气中与废气混合，再经静态混合器充分混合后进入催化反应器。当废气温度低时，预热系统用来加热废气。达到反应温度且与氨气充分混合的废气流经SCR反应器的催化层时，氨气与Nox发生催化氧化还原反应，将Nox还原为无害的N2和H2O。
3运行控制
3.1催化剂的活性
催化剂是SCR技术的核心，其形状一般为板式或蜂窝式。由于蜂窝式催化剂优良的耐久性、耐腐性、高可靠性，高反复利用率、低压降，故使用的较广泛。常用的催化剂主要成分为V2O5/TiO2。蜂窝式催化剂的断面尺寸一般为：150mm×150mm；长度400mm~1000mm。SCR装置的运行成本在很大程度上取决于催化剂的寿命。其使用寿命又取决于催化剂活性的衰减速度。催化剂的失活分为物理失活和化学失活。典型的SCR催化剂化学失活主要是碱金属（如Na、K、Ca等）和重金属（如As、Pt、Pb等）引起的催化剂中毒。碱金属吸附在催化剂的毛细孔表面，金属氧化物（如MgO、KaO等）中和催化剂表面的SO3生成硫化物而造成催化剂中毒。砷中毒是废气中的三氧化二砷与催化剂结合引起的。催化剂物理失活主要是指高温烧结、磨损和固体颗粒沉积堵塞而引起催化剂活性破坏。
SCR系统所出现的磨损和堵塞可以通过反应器的优化设计（设置自动的导流叶片装置，倒转氨的喷射方向使之与流动方向相反）加以缓解。如果废气中有粉尘，为了保证催化剂表面的洁净，在反应器中安装吹灰器是很有必要的。
如果废气中含有能使催化剂中毒的固体颗粒物，则废气需进行预处理，比如采用静电除尘、加入脱砷剂等，去除催化剂毒物级固体颗粒物，避免催化剂中毒。