浅谈SCR 脱硝技术在化工厂炉窑尾气处理中的应用

【摘要】电力行业是国民经济的基础行业，一直以来是NOX排放大户，近年来国家已制定了更为严格的环保要求，对其排放进行严格的治理，并取得了明显的成效。但随着我国国民经济的持续增长及人...

【摘要】概述了烟气脱硝技术，通过工程案例介绍了选择性催化还原脱硝技术scr（Selective Catalytic Reduc-tion），以及其具体的工艺流程，性能参数，设备选型等，并总结了影响脱硝性能的一些关键因素。

【关键词】选择性催化还原脱硝技术 低温SCR 催化剂 烟气脱硝

中图分类号： C35 文献标识码： A

前言

氮氧化物（NOx）是大气主要污染物之一，是造成酸雨和光化学烟雾的主要原因。其排放量的快速增加，将会导致一系列的城市和区域环境问题，对人体健康和生态环境构成巨大的威胁。

电力行业是国民经济的基础行业，一直以来是NOX排放大户，近年来国家已制定了更为严格的环保要求，对其排放进行严格的治理，并取得了明显的成效。但随着我国国民经济的持续增长及人口增加，以化工行业的各种炉窑等燃烧设备为代表的大气污染排放源在急剧增长，由此造成的NOx排放及污染问题也变得愈来愈严重，从而化工厂的炉窑尾气的NOx处理设备快速增加，随着2011年颁布的《火电厂大气污染物排放标准》提出更严格的NOx排放要求，目前国内许多城市特别是沿海经济发达地区很多大型化工厂炉窑尾气的NOx排放也参照此标准执行，以期达到更加令人满意的NOx治理效果。

本文重点介绍江苏某大型化工项目废气/废液焚烧炉尾气烟气脱硝装置的技术方案，并讨论SCR（Selective Catalytic Reduction）法烟气脱硝技术在工程应用中需要注意的问题，希望对以后类似工程项目的建设起到参考和借鉴作用。

1.SCR技术介绍

烟气脱硝的方法有多种，包括低氮燃烧法，选择性催化还原法（SCR），非选择性催化还原法（SNCR），电子束法，液体吸收法、吸附法、液膜法、微生物法等。其中SCR法是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术之一，该技术在20世纪70年代末80年代初首先由日本发展起来，之后迅速在日本、欧洲、美国等国家和地区的电站得到应用。目前在我国，SCR法也是脱硝的主流技术之一。

1.1SCR的基本原理

在催化剂作用下，向200～400度的烟气中喷入氨，将NO和NO2还原成N2和水。

化学反应方程式如下：

或

图1反应原理

1.2SCR 设备布置形式

主要有垂直布置和水平布置两种，一般在含尘量高于50mg/Nm3时采用垂直布置，其余则采用水平布置比较合理

图2 SCR 布置形式 （左：垂直式 右：水平式）

2.项目概况

江苏某化工企业需要配置一套焚烧系统处理从各化工单元产生的废气和废液，焚烧炉装置采用高温氧化焚烧处理方法，对接收的有机废气和废液进行彻底地无害化处理。焚烧产生的高温烟气经过余热锅炉、过热器和省煤器回收热量，焚烧炉烟气中含有的氮氧化物（NOx）通过余热锅炉下游的脱硝单元SCR进行脱硝，以满足业主规定的排放标准（≤100mg/Nm3）。

2.1SCR入口烟气条件

2.2性能保证

2.3工艺流程：

图3 工艺流程

2.4设备选型

2.4.1催化剂的选择：

催化剂的形式主要有：蜂窝式，板式；

图4 蜂窝式催化剂

图5 板式催化剂

其特点如下表：

因本工程燃烧的废气/废液中的含氮有机物非常高，入口烟气中的NOx浓度达到了8900mg/Nm3，而根据环保要求烟气出口排放浓度不允许超过100mg/Nm3，折算成脱硝效率达到了近99%，如此高的NOx的脱除效率对SCR中的关键设备催化剂提出了很高的要求。经过多方案的比较和评估，最后选择了巴斯夫化学公司生产的35孔蜂窝式催化剂，用量为4.95m3，其具体参数如下：

2.4.2设备布置：

根据催化剂的尺寸及业主给定的布置场地，考虑到烟气中的灰分非常低，采用较为经济的布置形式水平布置，具体规格尺寸为1700（宽）x1700（高）x7720（长）mm；烟道流速～15m/s，规格为1400（宽）x700（高）mm。

图6 设备布置

水平布置形式相对立式布置的优势：

两层催化剂之间只要考虑人及催化剂检测单位取出的空间即可，通常有1m的间距即可，若采用立式布置，则需考虑人能够直立进入检修，且催化剂支撑梁要占据一定空间，所以两层催化剂之间至少要达到2m以上，可见水平布置相对立式布置可以显著减短反应器的长度，从而节约反应器的造价。

水平布置形式只要考虑在反应器底部设置几个简单的支腿即可，而立式反应器则要考虑很大的支撑钢架及检修平台，可见水平布置形式要节约较多的支撑钢架的造价。

2.4.3流场模拟（CFD）：

催化剂要达到预期的脱硝性能，催化剂厂家对催化剂前的烟气流场有一定的要求，具体如下：

为了达到此要求，特采用计算机对流场进行了数值模拟，通过优化导流板及混合器的设计，最后使流场满足了催化剂的要求。

图7 速度云图 图8 浓度云图

图9 温度云图

2.4.4还原剂喷射装置的选择：

本工程业主提供的还原剂为25%浓度的氨水。根据工艺计算，设计工况下氨耗量为187 kg/h。因反应器入口烟道很短，所以要求喷入的氨水的粒径应尽可能小，以便能在喷入烟道后能迅速气化，并在烟气中充分扩散混合。经过多种方案的比较和评估后，最后选择了日本某厂家生产的双流体喷枪。其具体性能参数如下：

图10 氨水喷枪

2.4.5混合器的选择：

因反应器入口烟道很短（约6m），要求喷入的氨水在短时间内与烟气尽可能均匀混合，达到催化剂的流场要求，则对混合器的混合效果提出非常高的要求，因此参照某国外公司的技术，设计了双级折流板式的混合器，并通过流场模拟验证了其性能良好，能达到催化剂对流场的要求。

图11 折流板式混合器

2.5运行情况

该项目于2012年建成并投产运行，两年来运行稳定，各项指标均达到设计值，年减排NOx约800吨。

3结论

从多个SCR项目设计及运行中得出如下结论：

3.1催化剂是脱硝项目的核心，其造价可达到整个项目造价的30～40%，应根据具体的烟气条件选择最为合适的催化剂种类及体积。在含尘量不高的燃烧废气废液的化工炉窑尾气处理中应优先选择多孔数蜂窝式的催化剂，其比表面积大，单位NOx脱除所需催化剂体积小的特性将为项目的造价节约一定成本；

3.2SCR的烟气流场是决定脱硝项目能否成功的另一个重要因素，任何催化剂性能的保证都要对烟气流场提出一定的要求，而数值模拟（CFD）正是保证烟气流场的气流流动和混合均匀性的重要手段。CFD的应用对每一个SCR项目都是必要的，能够对烟气系统的优化设计提供有效的依据，从而为催化剂的充分而有效的利用，为整个脱硝项目的成功实施提供保障。

结束语

结合目前国内化工行业废气废液的焚烧处理的发展趋势，国家日趋严格的环保要求，SCR技术是一项具有广阔发展前景的首选脱硝技术，同时也是能够达到严格氮氧化物排放标准的高效可行的实用技术，对控制我国化工行业炉窑尾气氮氧化物排放，增强企业核心竞争力起到积极的促进作用。