一種SCR脫硝新控制工藝分析

李榮鐸，張躍斌

河南雙誠環(huán)境科技有限公司  河南新鄉(xiāng)  453000

摘要：隨著國家對大氣污染物排放要求越來越嚴(yán)格，工廠各種鍋爐尾氣達(dá)標(biāo)排放形勢越來越嚴(yán)峻。目前，SCR（Selective Catalytic Reduction）即為選擇性催化還原技術(shù)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(yīng)用得最多的技術(shù)。這種工藝設(shè)備裝置結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，化學(xué)反應(yīng)沒有副產(chǎn)物，不形成二次污染，并且脫除NOx效率可達(dá)90%以上。本文圍繞解決當(dāng)前鍋爐尾氣達(dá)標(biāo)排放的SCR脫硝工藝詳細(xì)分析了SCR脫硝技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)原理、詳細(xì)闡述了設(shè)備工藝流程、介紹了設(shè)備控制方式、敘述了設(shè)備采取的安全措施、展示了設(shè)備實(shí)際案例、解說了設(shè)備工藝特點(diǎn)，希望對相關(guān)人員在使用此項(xiàng)工藝時(shí)有所幫助。

關(guān)鍵詞：SCR；脫硝；鍋爐尾氣；廢氣處理；安全；節(jié)能

     0引言

近年來，我國空氣污染形式日益嚴(yán)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(jī)排放的煙氣需要處理后才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。大氣氮氧化物排放會(huì)造成多種環(huán)境影響，由于環(huán)境保護(hù)越來越受到政府和人民大眾的重視，工廠有為了生產(chǎn)而建的蒸汽鍋爐、有為了環(huán)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(shù)鍋爐尾氣才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，我國目前NOx（氮氧化物）排放地方標(biāo)準(zhǔn)如北京2015年發(fā)布的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11-139-2015）規(guī)定NOx指標(biāo)新建為30mg/m3、在用為80mg/m3；福建發(fā)布的《生活垃圾焚燒氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB35/1976-2021）規(guī)定NOx指標(biāo)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(shù)中，選擇性催化還原法（SCR）脫硝效率高，技術(shù)成熟，應(yīng)用最多。

1、SCR脫硝系統(tǒng)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(yōu)先和NOx發(fā)生還原化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?/span>

其主要化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)只能在980℃左右的很窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，采用催化劑時(shí)其反應(yīng)溫度能降低到大約300-400℃之間進(jìn)行，上述反應(yīng)雖為放熱反應(yīng)，但是NOx在煙氣中的濃度較低， 故反應(yīng)引起催化劑的溫度升高可以忽略不計(jì)。

2、SCR脫硝系統(tǒng)工藝簡介

SCR脫硝系統(tǒng)主要由氨水的儲(chǔ)存系統(tǒng)、清水的存儲(chǔ)系統(tǒng)、煙氣管路系統(tǒng)、氨氣注入系統(tǒng)、SCR催化反應(yīng)器等組成。

圖1  SCR脫硝流程簡圖

　　SCR催化反應(yīng)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(dá)到理想的反應(yīng)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(yīng)生成N2和水。

SCR催化反應(yīng)器的尺寸根據(jù)鍋爐的噸位定制，本臺脫硝反應(yīng)器設(shè)計(jì)成3層催化劑布置方式。煙氣在鍋爐煙道出口管道內(nèi)經(jīng)過與氨氣均勻混合后從上方進(jìn)入SCR反應(yīng)器，氣流垂直向下流經(jīng)反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)部上方入口設(shè)置氣流導(dǎo)流裝置，使氣流能夠均勻流經(jīng)反應(yīng)器。本反應(yīng)器主要由催化劑、催化劑支撐、反應(yīng)器殼體、密封板、吹掃裝置等組成。在反應(yīng)器內(nèi)，霧化后的液氨在催化劑的參與下與煙氣中的NOx反應(yīng)生成無害的氮和水，從而去除煙氣中的NOx。吹掃裝置定時(shí)吹掃去除催化劑上污物，使其反應(yīng)時(shí)接觸面積最佳，時(shí)刻保持反應(yīng)效果最佳狀態(tài)。

3、SCR脫硝工藝控制方式

氨水儲(chǔ)存系統(tǒng)主要由2臺卸料泵（1用1備）、氨水儲(chǔ)罐組成。氨水用罐裝卡車運(yùn)輸，2選1使用卸料泵將氨水從罐裝卡車罐內(nèi)氨水抽到存儲(chǔ)罐內(nèi)。以液體形態(tài)儲(chǔ)存于氨水儲(chǔ)罐中。

     清水罐用浮球開關(guān)自動(dòng)加水。

氨水注入系統(tǒng)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(dāng)NO濃度高于“噴槍啟動(dòng)設(shè)定值”（下圖2的“噴槍啟動(dòng)NO差值”）時(shí)根據(jù)氨水泵設(shè)定的頻率啟動(dòng)氨水泵，可調(diào)節(jié)氨水泵對應(yīng)的變頻器頻率改變供給氨水的多少；此時(shí)可選擇是否使用稀釋泵，并可根據(jù)設(shè)定的頻率同步啟停稀釋泵，并可調(diào)節(jié)稀釋泵對應(yīng)的變頻器頻率改變供給清水的多少。當(dāng)NO濃度低于“噴槍停止設(shè)定值”（下圖2的“噴槍停止NO限值”）時(shí)停止氨水泵和稀釋泵。壓縮氣調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)開度控制霧化效果。調(diào)整供給氨水頻率、稀釋泵頻率、壓縮氣調(diào)節(jié)閥開度適當(dāng)才能達(dá)到最佳霧化效果。

SCR催化反應(yīng)器內(nèi)吹掃由專用定時(shí)控制器控制，可調(diào)整吹掃時(shí)間和吹掃間隔。

我負(fù)責(zé)過的遠(yuǎn)東科技鍋爐尾氣SCR脫硝項(xiàng)目中電控系統(tǒng)采用了知名品牌西門子SMART 200PLC、昆侖通態(tài)觸摸屏、ABB變頻器，控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定。

圖2  SCR脫硝設(shè)備主要控制參數(shù)

4、SCR脫硝工藝設(shè)備采取的安全措施

已建成使用的SCR脫硝設(shè)備系統(tǒng)外觀照片如圖3，為確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，本凈化系統(tǒng)在設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，安全上有如下措施：①氨水供給系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)有調(diào)壓系統(tǒng)和超壓回流系統(tǒng)；②清水供給系統(tǒng)管路也設(shè)計(jì)有調(diào)壓系統(tǒng)和超壓回流系統(tǒng)；③氨水儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)有液位計(jì)，并可從觸摸屏直觀觀察液位，液位過低過高報(bào)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(dòng)1號泵是無法打開對應(yīng)2號泵的，必須將1號泵關(guān)閉才能啟動(dòng)對應(yīng)2號泵；同樣啟動(dòng)2號泵是無法打開對應(yīng)1號泵的，必須將2號泵關(guān)閉才能啟動(dòng)對應(yīng)1號泵；⑥現(xiàn)場安裝2臺氣體泄漏報(bào)警器，檢測氨水是否泄露；⑦針對電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)（故障）、電動(dòng)閥門執(zhí)行器不動(dòng)作、閥門開關(guān)位超時(shí)、壓縮氣壓力不足、變頻器故障等設(shè)置了故障報(bào)警系統(tǒng)以及相關(guān)連鎖動(dòng)作。

圖3  SCR脫硝設(shè)備圖

5、SCR脫硝工藝設(shè)備工藝特點(diǎn)

工藝特點(diǎn).①采用SCR脫硝工藝凈化鍋爐煙道尾氣，具有工藝簡單、設(shè)備緊湊、運(yùn)行可靠；②采用變頻器驅(qū)動(dòng)氨水泵和稀釋泵，節(jié)能的；③采取了多種安全保護(hù)措施，確保設(shè)備安全運(yùn)行；④凈化鍋爐尾氣不產(chǎn)生二次污染；⑤對鍋爐尾氣NOx凈化效率可達(dá)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(yè)中蒸汽鍋爐、固廢燃燒鍋爐、廢液燃燒爐等產(chǎn)生的尾氣的凈化處理。

     6 結(jié)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(zhì)量和性能好的催化劑，這樣能提升整體化學(xué)反應(yīng)效率。因此，設(shè)計(jì)脫硝設(shè)備時(shí)除了設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)器及煙道外，催化劑的選擇同樣至關(guān)重要。一般來說, 依據(jù)項(xiàng)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(shù)發(fā)展較快，在西歐和日本得到了廣泛的應(yīng)用，目前在我國也越來越得到廣泛應(yīng)用。

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以上經(jīng)整理后發(fā)表于《設(shè)備管理與維修》雜志2022年11期下