一种SCR脱硝新控制工艺分析

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

摘要：随着国家对大气污染物排放要求越来越严格，工厂各种锅炉尾气达标排放形势越来越严峻。目前，SCR（Selective Catalytic Reduction）即为选择性催化还原技术是一种处理锅炉尾气中NOx的最佳选择，而且氨催化还原法是应用得最多的技术。这种工艺设备装置结构简单，运行稳定可靠，维护方便，化学反应没有副产物，不形成二次污染，并且脱除NOx效率可达90%以上。本文围绕解决当前锅炉尾气达标排放的SCR脱硝工艺详细分析了SCR脱硝技术的化学反应原理、详细阐述了设备工艺流程、介绍了设备控制方式、叙述了设备采取的安全措施、展示了设备实际案例、解说了设备工艺特点，希望对相关人员在使用此项工艺时有所帮助。

关键词：SCR；脱硝；锅炉尾气；废气处理；安全；节能

     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，工厂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30mg/m³、在用为80mg/m³；福建发布的《生活垃圾焚烧氮氧化物排放标准》（DB35/1976-2021）规定NOx指标新建24H均值为120mg/m³、在用24H均值150mg/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大约300-400℃之间进行，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  SCR脱硝流程简图

　　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大约315℃～400℃之间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，本台脱硝反应器设计成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。本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氨水抽到存储罐内。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。

氨水注入系统主要有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”（下图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改变供给清水的多少。当NO浓度低于“喷枪停止设定值”（下图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。

我负责过的远东科技锅炉尾气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、ABB变频器，控制系统性能稳定。

图2  SCR脱硝设备主要控制参数

4、SCR脱硝工艺设备采取的安全措施

已建成使用的SCR脱硝设备系统外观照片如图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各管道做有保温措施，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，检测氨水是否泄露；⑦针对电机不运转（故障）、电动阀门执行器不动作、阀门开关位超时、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脱硝设备图

5、SCR脱硝工艺设备工艺特点

工艺特点.①采用SCR脱硝工艺净化锅炉烟道尾气，具有工艺简单、设备紧凑、运行可靠；②采用变频器驱动氨水泵和稀释泵，节能的；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净化效率可达97%以上；⑥可广泛用于石油、化工、橡胶、油漆、涂装、家俱、家电、印刷等行业中蒸汽锅炉、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。

参考文献：

[1]远东科技的锅炉尾气SCR脱硝项目[Z]。

[2]SIEMENS S7 S7200-SMART系统手册[Z].2016版。

[3]MCGS TPC7062TD/TX/Ti TPC1061TD/Ti用户手册[Z]。

 [4]沈滨.SCR脱硝技术[C]. PEP2007年全国电力行业脱硫脱硝技术协作网年会暨技术研讨会论文集,2007:46-52.

[5]陈彬,姚丽萍.SNCR技术在循环硫化床烟气脱销中的应用.电力科技与环保,2012,28(5):25-27.

以上经整理后发表于《设备管理与维修》杂志2022年11期下