低溫SCR脫硝設備
一、概述
新型低溫煙氣脫硝技術是在傳統SCR技術的基礎上研究開發的一種具有自主知識產權脫硝技術。
目前應用最廣也最有效的煙氣脫硝技術是NH3選擇性催化還原NOx技術（SCR）。作為SCR法的核心-催化劑則成為達到氮氧化物減排指標的關鍵，目前普遍使用的商用催化劑體系為鈦基釩系催化劑（V2O5-WO3/TiO2），其活性溫度窗口較高（320～420℃），需要將SCR裝置安裝在空氣預熱器之前和省煤器之后，利用煙氣自身溫度才能達到該溫度區域，且此處存在的高濃度的粉塵和SO2，容易引起催化劑中毒和減少使用壽命。限制SCR技術推廣的主要瓶頸在于反應溫度要求相對較高，使得脫硝過程耗能較大，相應工程投資成本較大。
為了克服以上的缺點，襄陽先天下環保設備有限公司與國家煙氣脫硫工程技術研究中心聯合研發出低溫煙氣脫硝技術，經過長時間反復的小試和中試研究，并通過在浙江某玻璃企業爐窯系統煙氣和內蒙某焦化廠焦化煙氣的中試，完善了工藝技術，并取得大量的工業化數據，試驗表明該技術可很好的完成低溫條件下的煙氣脫硝任務，已經具備了工業化應用的技術基礎和條件。目前我公司正在積極尋求工業化應用的實施機會。
二、新型低溫煙氣脫硝技術原理
新型低溫脫硝技術是在傳統SCR技術基礎上進行優化得到的，技術原理與其相同，主要是在催化劑的作用下，以NH3作為還原劑，有選擇性的與煙氣中的NOx反應并生成無毒無污染的N2和H2O。還原劑還可以是碳氫化合物(如甲烷、丙烷等)、氨、尿素等。以NH3為還原劑為例，反應式如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O （1-1）
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O （1-2）
8NH3+6NO2→7N2+12H2O （1-3）
新型低溫煙氣脫硝技術的優越突破是低溫催化，不同于傳統的釩系催化劑高達400℃的起燃溫度，新型催化法所用的催化劑在120℃即可具備良好的活性，其適用溫度窗口為90~200℃。
表1 煙氣脫硝前需滿足指標
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序號 |
項目 |
窗口 |
影響因素 |
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1 |
溫度 |
120-180℃ |
溫度過低無法達到催化效果，過高影響吸附效果 |
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2 |
濕度 |
<5% |
水蒸氣含量過高催化劑容易中毒 |
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3 |
氧氣 |
3-10% |
濃度過低影響脫硝效率 |
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4 |
粉塵濃度 |
＜50mg/Nm3 |
過高將堵塞床層，增加系統阻力并影響脫硫效率和成品酸品質 |
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5 |
SO2濃度 |
＜100mg/Nm3 |
過高將與還原劑反應，反應生成物堵塞床層，同時使催化劑中毒 |
新型低溫脫硝技術的工藝流程圖如圖1所示，待處理煙氣首先由風機送入預處理系統進行除塵、調質，使煙氣的溫度、塵濃度、水分、氧和SO2濃度等指標滿足脫硝工藝要求（表1），然后進入脫硝塔，而作為還原劑的NH3有氨儲罐直接由塔頂噴入，與煙氣混合。脫硝塔中裝填整體或者散裝的催化劑，煙氣經布氣管道進入脫硝區，經過催化劑層時，煙氣中的NO、O2、NH3充分基礎，在催化劑的催化作用下，NO被還原成N2和H2O，通過床層后的煙氣直接達標排放。
脫硝催化劑的使用壽命一般為3-5年，催化劑失活后，需要進行更換，而失活的催化劑可以返廠進行再生及二次活化，循環使用。
整個系統由煙氣收集部分、預處理部分、脫硝部分、氨源部分組成。煙氣收集部分主要煙氣管道、閥門、風機、煙囪組成；預處理部分主要由除塵器、 調質塔等組成，脫硝部分主要設備為脫硝塔（包括催化劑）；氨源部分主要是液氨儲槽、蒸發設備及緩沖設備組成。
三、技術特點
變高溫催化氧化為低溫催化氧化，將活性炭的吸附功能和催化劑的催化功能有效結合，成功破解了低溫催化這個技術難關。
（1）脫硝效率可達 80%以上，工程實踐中實現了85%的脫硝效率；
（2）適應性強，可以很好地適應煙氣煙氣量波動以及煙氣溫度在90-200℃ 變化的大范圍波動情況；
（3）經濟效益高，采用活性炭為催化劑載體，相比于鈦基催化劑，從源頭上降低了成本，催化劑制備工藝以高效簡便為原則，制備手段相對簡化，使得催化劑的供應實現長期連續性，同時反應溫度的降低又大大減小了運行成本。
（4）無二次污染物產生，符合國家關于綠色生產的相關法律法規。
（5）配合煙氣脫硫技術使用，解決了傳統催化劑要求反應溫度高、抗氧硫中毒能力低、穩定性差等缺點，符合當前環保產業發展趨勢。
四、工程化應用中試
1、固定式裝置中試脫硝
通過一系列實驗研究驗證，新型低溫SCR脫硝技術已經在小試裝置上取得了成功，得到了大量的數據和結論。在此基礎上，利用自主研制并搭建的固定式低溫脫硝中試裝置，對低溫SCR脫硝工藝進行了驗證。
實驗主要參數如下表所示：
表2 低溫SCR脫硝中試實驗參數
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煙氣流量（m3/h） |
催化劑裝填體積（m3） |
空速
（h-1） |
NO含量（mg/Nm3） |
O2含量
（%） |
溫度范圍
（℃） |
|
40 |
0.004 |
10000 |
1000 |
5~6 |
90~180 |
實驗結果顯示，在120℃時，中試脫硝效率約73%，150℃時，脫硝效率升高到80%以上，出口NO濃度約200mg/Nm3，已經達到國家排放標準。當反應溫度提高到180℃時，脫硝效率超過87%，出口濃度約130mg/Nm3，低于絕大部分大氣排污行業國家排放標準。
2、移動式裝置聯合脫硫脫硝中試
2.1 玻璃爐窯煙氣低溫SCR脫硝中試
利用移動式車載脫硫和脫硝裝置，在某玻璃集團玻璃窯爐煙氣條件下，進行了聯合脫硫脫硝中試測試。窯爐煙氣特點是：SO2和NO濃度高，波動范圍很大，煙氣溫度較低，氧含量較高。針對窯爐煙氣進行的聯合脫硫脫硝中試測試，連續運行時間超過200h。
在某玻璃集團生產線排放的玻璃窯爐煙氣條件下，進行了相關脫硝性能測試。主要煙氣條件如下表所示：
表3 浙江某玻璃窯爐煙氣參數
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煙氣流量（m3/h）
空速（h-1）
NO濃度（mg/Nm3）
SO2濃度（mg/Nm3）
O2含量（%）
H2O含量（%）
溫度（℃） |
80
5000
1500~2000
1000~4000
9~12
6~10
130~170 |
結果顯示：脫硫工段展現出良好的脫硫性能，在絕大部分時間里保持了98%以上的脫硫效率，出口濃度低于50mg/Nm3。經脫硫后的煙氣進入脫硝工段，經過優化后，脫硝效率保持了長時間穩定，基本在75%~80%之間，出口濃度平均約300mg/Nm3，低于國家對玻璃窯爐煙氣的排放標準（700mg/Nm3）。總體脫硝性能優異，并且順利經過了環保局專家技術鑒定。業主展現出極大興趣，正在商談工程化應用事宜。
2.1 焦化廠煙氣低溫SCR脫硝中試
2014年6月至8月，在內蒙古烏海某焦化廠利用車載式中試裝置進行了聯合脫硫脫硝試驗，針對焦化爐煙氣情況，進行了長時間連續的脫硝試驗。可見，工況煉焦尾氣中的氮氧化物濃度有較大波動，反應器入口NOx濃度范圍為680～1030mg/Nm3。反應器出口NOx濃度范圍為50～260mg/Nm3，出口濃度隨入口濃度的增加有所上升，脫硝效率在73～94%范圍內，基本穩定在83%左右。實驗結果表明中試所用低溫催化劑適合焦爐高負荷運行的煉焦尾氣。
五．前景展望
目前脫硝市場上，高溫SCR技術占據主導地位，電力行業由于煙溫較高，基本上都采取該技術進行脫硝處理，但對于鋼鐵燒結、焦化、玻璃爐窯等行業而言，由于尾排煙溫較低，如果采用傳統SCR技術，對煙氣進行再加熱會使得能耗過大，相比之下，低溫SCR技術最大的優勢在于反應溫度窗口更低，對這些煙氣具有很好的適應性和匹配性，可有效解決目前這些行業工藝選擇困難的問題，解決生產企業的環保難題。新型催化法低溫SCR脫硝技術經過多年的研發和長時間的中試，工藝技術已經成熟，具備了工業化的所有條件。
