一種SCR脫硝新控制工藝分析

一種SCR脫硝新控制工藝分析

李榮鐸，張躍斌

河南雙誠環境科技有限公司  河南新鄉  453000

摘要：隨著國家對大氣污染物排放要求越來越嚴格，工廠各種鍋爐尾氣達標排放形勢越來越嚴峻。目前，SCR（Selective Catalytic Reduction）即為選擇性催化還原技術是一種處理鍋爐尾氣中NOx的最佳選擇，而且氨催化還原法是應用得最多的技術。這種工藝設備裝置結構簡單，運行穩定可靠，維護方便，化學反應沒有副產物，不形成二次污染，并且脫除NOx效率可達90%以上。本文圍繞解決當前鍋爐尾氣達標排放的SCR脫硝工藝詳細分析了SCR脫硝技術的化學反應原理、詳細闡述了設備工藝流程、介紹了設備控制方式、敘述了設備采取的安全措施、展示了設備實際案例、解說了設備工藝特點，希望對相關人員在使用此項工藝時有所幫助。

關鍵詞：SCR；脫硝；鍋爐尾氣；廢氣處理；安全；節能

     0引言

近年來，我國空氣污染形式日益嚴峻，氮氧化物成為大氣污染的主要污染源之一。鍋爐使用的燃燒機排放的煙氣需要處理后才能達到排放標準。大氣氮氧化物排放會造成多種環境影響，由于環境保護越來越受到政府和人民大眾的重視，工廠有為了生產而建的蒸汽鍋爐、有為了環保而建的廢物燃燒鍋爐，這些鍋爐除了要求使用低氮燃燒器外，還需安裝煙氣脫硝裝置。必須采用煙氣脫硝技術鍋爐尾氣才能達到排放標準，我國目前NOx（氮氧化物）排放地方標準如北京2015年發布的《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB11-139-2015）規定NOx指標新建為30mg/m3、在用為80mg/m3；福建發布的《生活垃圾焚燒氮氧化物排放標準》（DB35/1976-2021）規定NOx指標新建24H均值為120mg/m3、在用24H均值150mg/m3。目前在眾多的鍋爐煙氣脫硝技術中，選擇性催化還原法（SCR）脫硝效率高，技術成熟，應用最多。

1、SCR脫硝系統選擇性催化還原原理

SCR脫硝的選擇性催化還原指的是在催化劑的參與和氧氣存在條件下，NH3優先和NOx發生還原化學反應，生成氮氣和水。

其主要化學反應式為：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→ 3N2+6H2O

在沒有催化劑參與的情況下，上述化學反應只能在980℃左右的很窄的溫度范圍內進行，采用催化劑時其反應溫度能降低到大約300-400℃之間進行，上述反應雖為放熱反應，但是NOx在煙氣中的濃度較低， 故反應引起催化劑的溫度升高可以忽略不計。

2、SCR脫硝系統工藝簡介

SCR脫硝系統主要由氨水的儲存系統、清水的存儲系統、煙氣管路系統、氨氣注入系統、SCR催化反應器等組成。

圖1  SCR脫硝流程簡圖

　　SCR催化反應器布置在鍋爐煙氣出口煙氣管道和煙囪之間。在該位置，煙氣溫度能夠達到理想的反應溫度。在催化劑的參與下，霧化后的氨水能夠在大約315℃～400℃之間與鍋爐排放出的煙氣中的NOx反應生成N2和水。

SCR催化反應器的尺寸根據鍋爐的噸位定制，本臺脫硝反應器設計成3層催化劑布置方式。煙氣在鍋爐煙道出口管道內經過與氨氣均勻混合后從上方進入SCR反應器，氣流垂直向下流經反應器，反應器內部上方入口設置氣流導流裝置，使氣流能夠均勻流經反應器。本反應器主要由催化劑、催化劑支撐、反應器殼體、密封板、吹掃裝置等組成。在反應器內，霧化后的液氨在催化劑的參與下與煙氣中的NOx反應生成無害的氮和水，從而去除煙氣中的NOx。吹掃裝置定時吹掃去除催化劑上污物，使其反應時接觸面積最佳，時刻保持反應效果最佳狀態。

3、SCR脫硝工藝控制方式

氨水儲存系統主要由2臺卸料泵（1用1備）、氨水儲罐組成。氨水用罐裝卡車運輸，2選1使用卸料泵將氨水從罐裝卡車罐內氨水抽到存儲罐內。以液體形態儲存于氨水儲罐中。

     清水罐用浮球開關自動加水。

氨水注入系統主要有2臺變頻柱塞氨水泵（1用1備）、2臺變頻柱塞稀釋泵（1用1備）、噴槍、霧化壓縮氣供氣管道等組成。當NO濃度高于“噴槍啟動設定值”（下圖2的“噴槍啟動NO差值”）時根據氨水泵設定的頻率啟動氨水泵，可調節氨水泵對應的變頻器頻率改變供給氨水的多少；此時可選擇是否使用稀釋泵，并可根據設定的頻率同步啟停稀釋泵，并可調節稀釋泵對應的變頻器頻率改變供給清水的多少。當NO濃度低于“噴槍停止設定值”（下圖2的“噴槍停止NO限值”）時停止氨水泵和稀釋泵。壓縮氣調節閥可調節開度控制霧化效果。調整供給氨水頻率、稀釋泵頻率、壓縮氣調節閥開度適當才能達到最佳霧化效果。

SCR催化反應器內吹掃由專用定時控制器控制，可調整吹掃時間和吹掃間隔。

我負責過的遠東科技鍋爐尾氣SCR脫硝項目中電控系統采用了知名品牌西門子SMART 200PLC、昆侖通態觸摸屏、ABB變頻器，控制系統性能穩定。

圖2  SCR脫硝設備主要控制參數

4、SCR脫硝工藝設備采取的安全措施

已建成使用的SCR脫硝設備系統外觀照片如圖3，為確保系統的安全穩定運行，本凈化系統在設備結構設計上進行優化，安全上有如下措施：①氨水供給系統管路設計有調壓系統和超壓回流系統；②清水供給系統管路也設計有調壓系統和超壓回流系統；③氨水儲罐設計有液位計，并可從觸摸屏直觀觀察液位，液位過低過高報警提醒；④各管道做有保溫措施，防止冬天水路凍壞；⑤2臺卸料泵、2臺氨水泵、2臺稀釋泵的2選1均有互鎖，即啟動1號泵是無法打開對應2號泵的，必須將1號泵關閉才能啟動對應2號泵；同樣啟動2號泵是無法打開對應1號泵的，必須將2號泵關閉才能啟動對應1號泵；⑥現場安裝2臺氣體泄漏報警器，檢測氨水是否泄露；⑦針對電機不運轉（故障）、電動閥門執行器不動作、閥門開關位超時、壓縮氣壓力不足、變頻器故障等設置了故障報警系統以及相關連鎖動作。

圖3  SCR脫硝設備圖

5、SCR脫硝工藝設備工藝特點

工藝特點.①采用SCR脫硝工藝凈化鍋爐煙道尾氣，具有工藝簡單、設備緊湊、運行可靠；②采用變頻器驅動氨水泵和稀釋泵，節能的；③采取了多種安全保護措施，確保設備安全運行；④凈化鍋爐尾氣不產生二次污染；⑤對鍋爐尾氣NOx凈化效率可達97%以上；⑥可廣泛用于石油、化工、橡膠、油漆、涂裝、家俱、家電、印刷等行業中蒸汽鍋爐、固廢燃燒鍋爐、廢液燃燒爐等產生的尾氣的凈化處理。

     6 結束語

綜上所述，作為SCR工藝的核心，脫硝催化劑的選擇很重要，要選用質量和性能好的催化劑，這樣能提升整體化學反應效率。因此，設計脫硝設備時除了設計合理的反應器及煙道外，催化劑的選擇同樣至關重要。一般來說, 依據項目煙氣成分、特性、效率以及客戶要求來量身定制脫硝催化劑。催化劑的形式有：波紋板式，蜂窩式，板式。近些年來SCR脫硝技術發展較快，在西歐和日本得到了廣泛的應用，目前在我國也越來越得到廣泛應用。

參考文獻：

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以上經整理后發表于《設備管理與維修》雜志2022年11期下