SCR尿素热解法脱硝系统主要参数及运行调整

SCR 反应器出口烟气中未参与反应的氨(NH3)称为氨逃逸。氨逃 逸量一般随NH3/NOx 摩尔比的增大与催化剂的活性降低而增大。 因此, 氨逃逸量的多少可反映出SCR 系统运行性能的好坏及催化 剂活性降低的程度。在很多情况下, 可依据氨逃逸量确定是否需要添 加或更换SCR 反应塔中的催化剂。SCR 系统日常运行中监测氨逃逸量 的经济实用方法是对飞灰氨含量进行测试分析。 氨逃逸会导致: 生成硫酸铵盐造成催化剂与空气预热器沾污积灰 与堵塞腐蚀, 烟气阻力损失增大; 飞灰中的氨含量增大, 影响飞灰质 量; FGD 脱硫废水及空气预热器清洗水的氨 含量增大。






催化剂是SCR技术的核心。SCR装臵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、 CaO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 催化剂类型及其使用温度范围 ： 氧化钛基催化剂 270～400 ℃;(现场使用的催化剂温度范围为300400 ℃，正常运行温度340 ℃) 氧化铁基催化剂: 380～430 ℃; 沸石催化剂: 300～430 ℃; 活性碳催化剂: 100～150 ℃。


选择性催化还原法是通过使用适当的催化剂，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。 4NH3+5O2→4NO+6H2O 选择性反应意味着不应发生氨和二氧化硫的氧 化反应过程。然而在催化剂 的作用下, 烟气中的一小部分SO2 会被 氧化为SO3, 其氧化程度通常用SO2/SO3 转化率表示。 在有水的条件下, SCR 中未参与反应的氨会与烟气中的SO3 反应 生 成硫酸氢铵(NH4HSO4) 与硫酸铵( (NH4) 2SO4) 等一些不希望产 生的副产品。其副反应过程为: 2SO2+1/2O2 → 2SO3 2NH3+SO3+H2O→ (NH4) 2SO4 NH3+SO3+H2O → NH4HSO4 2
硫酸铵盐的生成取决于NH3/NOx 摩尔比、烟气温度与SO3 浓 度以及所使用的催化剂成分。 在脱硝同时也有副反应发生，如SO2氧化生成SO3（烟气中SO3 的生成量取决于2个因素: 锅炉燃烧形成的SO3 以及SCR 反应塔中 SO2 在催化剂的作用下氧化形成的SO3。SCR 设计中通常要求 SO2/ SO3 转化率小于1%。），氨的分解氧化（>450℃）和在低温 条件下（<300°C ） SO3与氨反应生成NH4HSO3。 而NH4HSO3是一种类似于“鼻涕”的物质会粘附着在催化剂上， 隔绝催化剂与烟气之间的接触，使得反应无法进行并造成下游设 备（主要是空预器）堵塞。



NOx的脱除率对催化剂影响是在一定烟气条件下，取决于催化剂 组成、比表面积、线速度LV和空速SV。在烟气量一定时，SV值决定催 化剂用量。LV决定催化剂反应器的截面和高度，因而也决定系统阻力。 烟气中的飞灰造成催化剂机械磨损：SCR反应器中的催化剂垂直 布臵，烟气自反应器顶部垂直向下平行催化剂流动，在较大烟气流速 下，烟气中的大颗灰粒对催化剂造成较大磨损。其磨损程度主要受燃 煤灰分的大小、灰粒的物理特性、催化剂孔道的烟速及催化剂的积灰 情况等影响。 催化剂的磨损与通过催化剂孔道的烟速立方成正比。图5为某电 厂催化剂堵灰造成局部烟气流速增加导致催化剂的大面积磨损、脱硝 效率下降、脱硝入口烟道磨损及氨逃逸率增加。
运行部：李纪红
第一部分：脱硝系统简介
第二部分：主要系统及参数控制
第三部分：脱硝相关计算
第四部分： SCR脱硝系统运行中常见问题及对策


氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。 通常所说的氮 氧化物有多种不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4 和 N2O5，其中 NO 和NO2 是主要的大气污 染物。 我国氮氧化物的排放量中70％来 自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国 的燃煤大户，因此火力发 电厂是NOx 排放的主要来源之一。NOX的产生是燃料燃烧过程中进行 热分解，进一步氧化生成的。 控制NOx 排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类，一次 措施是 通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx 生成量（如采用低 氮燃烧器）；二次措 施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱 除（如SCR、SNCR）。

反应器内催化剂的堵孔现象，在正常运行时是不会发生的. 但是, 如 异常燃烧情况不断地出现, 由灰引起的堵孔偶尔也是可能的。所以有 必要监视催化剂层前后的压差。 (如堵灰出现, 压差会缓慢上升)。 压差上升超过规定最大值时，应加强蒸汽吹灰和声波吹灰频次或延长 吹灰时间，直至压差恢复正常范围。

3.1脱硝效率计算：



尿素溶液累计流量*60%*1.14 计算是要考虑尿素溶液温度影响 尿素水溶液密度浓度对应关系

NOX浓度折标 NOX浓度（mg/Nm³）（折算前）×15÷（21-氧量）

二氧化氮和一氧化氮换算系数（二氧化氮/一氧化氮=1.53）一氧化氮 折算二氧化氮=一氧化氮*1.53


3.1热解炉结晶问题及处理
3.1.1 现象： 3.1.1.1 运行过程中发现用于尿素热解系统的一次风流量逐渐降低； 3.1.1.2 热解炉内压力逐渐上涨，热解炉尾部压力逐渐降低，热解炉压差上涨超 出正常值； 3.1.1.3 电加热器出口风温上涨，加热器因超温保护停止继续加热； 3.1.1.4 热解炉内和炉尾温度逐步上涨； 3.1.2 处理： 3.1.2.1 运行中应保持雾化空气流量在设计值范围内，即18～25 Nm3/h，发现喷 枪压缩空气流量偏低时要及时检查喷枪、管路是否有堵塞，及时处理，不允许随 意调低喷枪雾化压缩空气流量报警值或流量低退出喷枪的逻辑保护； 3.1.2.2 减少或完全切断尿素溶液进入热解炉的量； 3.1.2.3 提高热解炉内温度和热解炉尾温度； 3.1.2.4 全部开启混合风流量调节阀，提高混合风流量； 3.1.2.5 正常运行时，必须保证热解炉尾温度在340℃以上；热解炉内温度保证在 420 ℃以上； 如采取以上措施仍无法使热解炉压差恢复正常值，应采取退出热解炉系统清理尿 素结晶沉积物。



尿素热解法脱硝系统包括尿素溶解罐系统、尿素溶液储罐系统、 计量分配模块系统、尿素溶液热解炉系统、SCR反应器系统、伴热系 统、水冲洗系统和加热蒸汽及疏水回收系统。 工艺流程 SCR 烟气脱硝装臵的工艺流程主要由尿素溶液制备系 统、尿素热解炉系统、催化剂、烟气系统、反应器等组成。核心区域 是反应器，内装催化剂。外运来的尿素通过溶解后储存在罐内，通过 热解反应后转化为氨气，并将氨气通过喷氨格栅（AIG）的喷嘴 喷入 烟气中与烟气混合， 再经静态混合器充分混合后进入催化反应器。 当达到反 应温度且与氨气充分混合的烟气气流经 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。 在正常运行过程中最重要的运行参数是烟气温度、 烟气流速、 氧气浓度、 SO3浓度、水蒸汽浓度、钝化影响和氨逃逸等。烟气温度 是选择催化剂的重要 运行参数，催化反应只能在一定的温度范围内 进行，同时存在催化的最佳温度，




烟气中的CaO、碱金属及As2O3造成催化剂中毒，即钙化物中毒、碱金 属中毒和砷中毒。 （1）飞灰中的CaO与SO3反应，被催化剂表面所吸附形成CaSO4， CaSO4膜覆盖在催化剂表面从而影响NOx与NH3的接触反应； （2）飞灰中的碱金属（最主要的为Na和K）能够与催化剂的活性成分 直接发生反应，减少了催化剂的有效活性位，致使催化剂失活。碱金 属在水溶下的活性很强，将完全渗透进入催化剂材料中，因此避免水 蒸气在催化剂表面凝结，可有效避免此类情况发生； （3）烟气中As2O3随粉尘在催化剂上凝结，覆盖在活性成分上或堵塞 毛细孔。烟气中的As2O3气体还很容易与氧气以及催化剂中的活性成 分五氧化二钒发生反应，在催化剂表面形成五氧化二砷，导致催化剂 活性成分被破坏。对于砷中毒，普遍采用向炉膛内添加1%～2%的石灰 石，石灰石中的CaO与气态As2O3反应生成不会使催化剂中毒的固态 CaAsO4。
SCR 催化剂的选取是根据锅炉设计与燃用煤种、SCR 反应塔的布臵、 SCR 入口的烟气温度、烟气流速与NOx 浓度分布以及设计脱硝效率、允 许的氨逃逸量、允许的SO2/ SO3 转化率与催化剂使用寿命保证值等因素 确定的。 氧化钛基催化剂的基体成分为活性TiO2, 同时添加增强活性的 V2O5 金属氧化物 在需要进一步增加活性时通常还要添加WO3。此外还需 添加一些其他组分以提高抗断裂和抗磨损性能。根据烟气中SO2 的含 量 氧化钛基催化剂中V2O5 组分的含量通常为1%～5%, 在燃用高硫煤 时, 为了控制SO2 向SO3 的转化率, V2O5 的含量通常不超过2%。(催化 剂中TiO2含量＞75%,催化剂中V2O5含量＜1.5%,催化剂中WO3含量＜10%) ⑴ 、TiO2 具有较高的活性和抗SO2 的氧化性。 ⑵ 、V2O5 是重要的活性成分, 催化剂的V2O5 含量较高时其活性也 高, 因此脱硝效率较高, 但V2O5 含量较高时SO2 向SO3 的转化率也较高。 ⑶、添加WO3 则有助于抑制SO2 的转化, 可将SO2 的转化率控制在1% 以下。


反应温度 不同的催化剂具有不同的适用温度范围。当反应温度低于催化剂 的适用温度范围下限时，在催化剂上会发生副反应，NH3与SO3和H2O 反应生成（NH4）2SO4或NH4HSO4，减少与NOx的反应，生成物附着在 催化剂表面，堵塞催化剂的通道和微孔，降低催化剂的活性。这种情 况如果在短时间内能回到正常运行的高温区, 硫酸氢铵会分解, 催化 剂性能会恢复。但如果长时间停留在低温区,Байду номын сангаас或在短期内频繁地陷入 低温区运行的话, 即使再回到高温区, 性能也难以恢复. 结果会使寿 命缩短。因此，应控制在300-400 ℃之间运行。 另外，如果反应温度高于催化剂的适用温度，催化剂通道和微孔 发生变形，导致有效通道和面积减少，从而使催化剂失活。温度越高 催化剂失活越快。