影响SCR脱硝效率因素的分析与探讨

王远 金光旭 孙继达(辽阳石化分公司油化厂,辽宁 辽阳 111003)

影响SCR脱硝效率因素的分析与探讨

王远 金光旭 孙继达(辽阳石化分公司油化厂,辽宁 辽阳 111003)

在高温高尘条件下选择性SCR脱硝技术，其脱硝效率的高低直接决定NOX的排放能否达到环保要求。影响SCR脱硝效率的因素有很多，本文主要从SCR脱硝技术工艺原理来探讨分析影响SCR脱硝效率的因素。为优化脱硝系统运行、提高NOX的脱除率提供必要的理论依据。

SCR脱硝技术；脱硝效

随着中国经济的快速发展，环境保护问题日益突显，节能环保已经成为经济可持续发展的重要研究课题。随着新建燃煤电厂和新建催化裂化装置的增加，它们所排放的NOx、SO2总量正逐年增加，对环境的影响范围逐步扩大。《石油炼制工业污染物排放标准》要求2017年7月1日起，催化裂化装置烟气排放中NOx≤200mg/m3，限制地区NOx≤100mg/m3。排放标准日益严格，企业面临巨大的脱硝压力。

1 选择性还原法（SCR）脱硝工艺原理

选择性还原法是指将NH3等还原剂喷入烟气中，利用催化剂将烟气中的NOX转化为N2。在氨选择催化反应过程中，还原剂可以选择性地与NOX发生反应而不是被O2氧化，因此反应被称为“选择性”。

2 SCR脱硝效率的影响机理分析

脱硝效率即为反应器对NOx的脱除效率，定义为反应器进、出口的NOx的浓度差值与反应器进口NOx浓度的比值。通过SCR脱硝过程的动力学研究，发现在SCR脱硝工艺中，影响脱除效率的因素有很多：反应温度、反应时间、NH3/NOx摩尔比、催化剂性能、烟气流量、NOx的进口浓度、烟气与催化剂的接触时间以及催化剂的结构形式等。

2.1 反应温度对脱硝效率的影响

在脱硝反应中反应温度存在着两种不同的影响趋势，存在一个最佳反应温度值使得脱硝效率在相应运行工况下有最大值，当烟气温度高于此最佳反应温度过多时，将造成催化剂的表面通道与微孔发生物理变形，使得与催化剂接触的有效反应的面积减少，降低脱硝效率；当烟气温度过低时，NH3和NO2反应生成NH4NO3，作为副反应产物的NH4NO3会堵塞催化剂的微孔及通道，阻碍脱硝反应的正常进行，降低脱硝效率。因此，我厂催化裂化装置SCR脱硝工艺中采用300～420℃作为反应温度（设计SCR脱硝反应器入口烟气温度为350℃），以保证较高的脱硝效率和催化剂的寿命。

2.2 NH3/NOx摩尔比和混合效果对脱硝效率的影响

NH3/NOx摩尔比对脱硝效率的影响趋势也有两种：当NH3/ NOx摩尔比较小时，尤其是小于1时，随着NH3量的增加，脱硝效率明显提高，这是因为此时NH3与NOx的反应为一级反应，其反应方程式为：

氨气量的增加使得反应平衡向反应正方向移动，由于增加了单位容积催化剂上NH3的吸附量，从而提高了过渡态化合物的浓度，加快了脱硝的反应速度；而当NH3/NOx摩尔比增大到一定程度时，脱硝效率反而随着NH3/NOx摩尔比的增加而降低，这是因为NH3的投入量超过了NH3在催化剂表面吸附的动态平衡容量，部分NH3的氧化副反应的反应速率增大，例如在350℃以上NH3氧化为NO的副反应：

从而降低了脱硝效率，同时未转化的NH3的逃逸量也增大了，不仅会造成二次污染，还会与烟气中的SO3反应生成（NH4）2SO4和（NH4）HSO4，在下游设备凝结导致设备的堵塞积灰。因此，注氨量应严格控制，根据进口NOx的浓度值进行合理调整，通常NH3/NOx摩尔比选择为1.2以下。

2.3 脱硝催化剂性能对脱硝效率的影响

（1）催化剂中V2O5含量对脱硝效率的影响

脱硝催化剂以TiO2为载体，以V2O5为主要活性成份，以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份。催化剂中V2O5含量对脱硝效率的影响也存在着最佳含量值，当V2O5含量在一定范围内时，V2O5是以等轴聚合的钒基存在的，并且均匀的分布在TiO2载体上的，所以催化效果较强；而当V2O5含量超过这一范围时，V2O5将在TiO2载体上形成新的V2O5微晶区，造成V2O5在催化剂中分布的不均匀，因而影响了催化效果，降低了脱硝的效率。V2O5同时也是将SO2转化成SO3的催化剂且活性很高，如果V2O5的含量>1.5%wt，SO2/SO3的转化率将大幅增加，（NH4）2SO4和（NH4）HSO4的生成量也会增加，铵盐会附着在催化剂表面减少反应与催化剂的有效接触面积，脱硝效率下降。

（2）不同结构形式的催化剂对脱硝效率的影响

SCR脱硝催化剂的结构形式主要有板式、蜂窝式和波纹板式。三种催化剂在燃煤SCR上都拥有业绩，其中板式和蜂窝式较多，波纹板式较少。催化剂的设计就是要选取一定反应面积的催化剂，以满足在省煤器出口烟气流量、温度、压力、成份条件下达到脱硝效率、氨逃逸率等SCR基本性能的设计要求。

在防堵灰方面，对于一定的反应器截面，在相同的催化剂节距下，板式催化剂的流通面积最大，一般在85%以上，蜂窝式催化剂次之，流通面积一般在80%左右，波纹板式催化剂的流通面积与蜂窝式催化剂相近。三种催化剂以结构来看，板式的壁面夹角数量最少，且流通面积最大，最不容易堵灰。

3 结语

（1）脱硝反应温度过高或者过低对脱硝效率都有很大的影响，选择合适的反应温度来满足较高的脱硝效率。

（2）控制NH3/NOx摩尔比在1～1.2之间，这样既可以达到较高的脱硝效率又减少了氨逃逸。

（3）脱硝催化剂中活性组分V2O5含量和催化剂的结构形式都对脱硝效率有影响，选择板式催化剂并且保证催化剂中V2O5含量在1～1.5%wt可以达到较高的脱硝效率。

[1]张坤.SCR烟气脱硝效率影响因素及运行优化的探讨[J].科学与财富，2014（11）.

[2]刘武标.SCR烟气脱硝效率及催化剂活性的影响因素分析[J].能源工程，2012（3）.