杨超，张杰，郭婷婷，王仁虎
(北京国电龙源环保工程有限公司，北京100039)
摘要燃煤电厂氮氧化物排放控制是/十二五0期间我国大气环境质量改善的重点和难点。选择性催化还原脱硝是适合我国国情的火电厂烟气脱硝技术。在学习总结国内外相关文献资料的基础上，论述了SCR烟气脱硝设计重点、喷氨混合技术特点和脱硝催化剂的研究现状，分析了国内脱硝催化剂的发展方向。
关键词氮氧化物烟气脱硝选择性催化还原法催化剂
1前言
/十二五0期间，我国将执行新的《火电厂大气污染物排放标准》，该标准规定/新建、改建和扩建的燃煤火电锅炉，须同步配套建设烟气脱硝装置，执行100mg/m3的限值0。因此，我国今后逐步加强对燃煤电厂氮氧化物的排放治理是大势所趋。
选择性催化还原脱硝技术(Selective Catalytic Reduction,SCR)是适合我国国情的火电厂烟气脱硝方案。目前，我国尚未掌握具有自主知识产权的大型火电厂SCR系统设计和催化剂生成的核心技术，具有自主
知识产权的技术和成套设备在市场中占有比例较低。深入研究SCR烟气脱硝系统关键技术，开发高效、低能耗的烟气脱硝技术与催化剂产品将为国内自主研发SCR烟气脱硝提供指导，同时，对于燃煤电厂的节能减排工作意义重大。
2SCR烟气脱硝技术特点
选择性催化还原法是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硝工艺，特别在德国和日本，应用该工艺的机组容量约占两国电站脱氮装机总容量的90%以上。该方法在要求高脱硝效率(大于80%)的工程项目中是唯一成功大规模商业化的技术。目前，我国已投运的烟气脱硝机组以新建机组为主，且大部分采用选择性催化还原法(SCR)工艺技术。根据中国电力联合会统计，截止到2011年1月底，全国累计安装烟气脱硝装置96885MW，其中92564MW 为SCR法,SCR脱硝机组比例为95.1%。2.1SCR反应原理
SCR脱硝技术的原理是在有氧状况下，通过催化剂在合适的温度范围内使烟气中的NOx与NH3产生反应生成N2与H2O，从而达到除去烟气中的NOx的目的。其基本反应方程式为:
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
其基本工作流程是在锅炉适当位置喷入还原剂NH3，还原剂NH3与烟气均匀混合后通过一个由催化剂填充的脱氮反应器，反应器中的催化剂分上下多层(一般为3~4层)有序放置。在催化剂作用下, NO X和NH3发生还原反应，生成N2和水。SCR反应温度则为285~400e，催化剂一般选用TiO2为基体的V2O5和WO3混合物。
2.2SCR反应器布置方式
2.2.1高含尘布置方案的技术特点
SCR反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间，烟气未经过ESP除尘，见图1。烟道系统简单，压力损失较小(一般小于1000Pa)。反应温度比较合适(320~400e)，一般不需要额外的热源加热处理后的烟气，运行费用较低。烟气含尘量较高，烟气中重金属,SO2等含量较高，对催化剂的活性存在不利影响，容易造成下游设备和反应器本体堵灰。对于高含尘烟气，催化剂烟气通道必须加大以避免堵灰，这样会降低催化剂的比面积，从而会增大催化剂的用量，钢结构耗量较大。
2.2.2低含尘布置方案的技术特点
SCR反应器布置在ESP和FGD装置之后，见图2。适用于改造项目(无法按照高含尘方式布置)或烟气中毒性物质过高的情况。烟气温度低于反应温度，需要辅助热源进行烟气再热，可以采用蒸汽加热或二
次燃烧加热，一般再热系统需要增加3%的厂用电率。由于大部分毒性物质和灰尘已经在ESP和FGD中脱除，所以催化剂寿命可以大大延长。可以选用较小的催化剂烟气通道，大大提高催化剂的比面积，从而降低催化剂的整体用量，降低初投资和催
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热电技术2011年第3期(总第111期)冷却塔减震器
化剂更换运行费用。
3 SCR 脱硝技术设计内容
我国火电厂NOx 排放控制尚处于起步阶段，在依靠低氮燃烧技术控制NOx 排放仍不能满足要求时，则需要实施烟气脱硝。为了适应严格的排放要求，我国目前已有许多研究机构对SCR 工艺、催化剂和相关的关键技术设备开展了全面的研究，并已取得了初步的研究进展。
3.1 SCR 关键设备结构优化设计内容
SCR 反应器中催化剂入口截面气体速度和反应物(NH 3和NOx)浓度分布的均匀性对于脱硝装置的运行以及下游空预器的安全运行至关重要。
a.气体速度分布不均，会在速度过高的地方造成催化剂冲蚀和磨损，在速度过低的地方造成催化剂积灰和堵塞，影响催化剂的寿命和脱硝性能。
b.反应物分布不均，使得反应不能充分进行，降低脱硝性能，增加氨逃逸和氨消耗。氨逃逸量的增加将促进硫酸氢铵的形成，硫酸氢铵容易吸附灰尘堵塞空预器，危及其正常运行，同时会增加空预器的压力损失及热效率损失。因此，对于实际燃煤电厂脱硝装置的设计，采取措施保证脱硝反应器中催化剂入口截面气体速度和反应物分布的均匀性是主要技术关键。
反应器内速度场的分布是影响其运行性能的关键因素。均匀分布的SCR 反应器烟道流场对于减小脱硝系统造成的阻力、防止烟道积灰、催化剂层阻塞、降低高温高速烟气对反应器的冲击等有十分重要的作用。
我国通常采用高温高尘布置的SCR 工艺系统,SCR 反应器通常布置在省煤器下游、除尘装置的上游，由于受场地空间小、反应器尺寸大等原因所限，设计中通常在SCR 反应器与省煤器出口连接处采用矩形水平倾斜烟道，烟道截面变化大，急转弯多，导致垂直烟道入口烟气速度分布不均匀，并引起涡流混合器入口截面流场分布不均匀，影响了NH 3/NOx 混合效果。科学合理地设计SCR 反应器入口烟道及其内部导流、整流部件可以优化流场、提高性能[4-8]。
3.2 SCR 喷氨混合技术研究现状
在SCR 反应器中，氨与烟气的均匀混合对于提高脱硝效率、降低催化剂用量和减少氨泄漏至关重要。烟气与氨的混合装置是SCR 系统研究者关注的一项重要内容。氨喷射装置的设计和静态混合技术
的应用是目前SCR 系统设计领域的两个研究热点。目前喷氨格栅的设计主要分为三大类：第一类：为配合涡流式静态混合器使用的喷射技术，喷嘴个数和静态混合器的片数一样，总量只有几个，因此喷嘴直径会很大；第二类：线性控制式喷氨格栅，沿着烟道的两个相互垂直的方向或者其中一个方向分别引若干个管子，每根管子上又设置若干个喷嘴，每个管子的流量可以单独调节，以匹配烟气中NOx
的含量；第三类：分区控制式喷射格栅。
回收钽电容>数据抽取北京国电龙源环保工程公司SCR 烟气脱硝工程的氨喷射系统采用涡流混合器。它具有烟气适应性强、混合效果好、喷射孔数量少、不需要维护等特点。为解决NH 3/NOx 混合不均匀的问题，该公司在前期SCR 脱硝工程和理论研究基础上，对SCR 脱硝系统结构、涡流混合器结构、尺寸和定位进行了优化设计，解决了SCR 脱硝系统烟道入口倾斜引起的流场和反应物混合不均匀等问题，实现了氮氧化物与还原剂的均匀混合，提高了催化剂的利用率和脱硝效率。
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12)热电技术 2011年第3期(总第111期)
4国内脱硝催化剂的发展趋势
在SCR烟气脱硝技术中，催化剂是SCR技术的核心，其成本约占脱硝总成本的40%，是烟气脱硝的控制因素。近年来，随着市场的需求的日益提高，国内也陆续引进和在建的脱硝催化剂生产线近10条，年产催化剂产量达到5-10万m3。对催化剂产品价格影响最大的主要原料是超细晶型钛白粉和WO3，占催化剂成本的60%以上。所以，催化剂主要原材料成为SCR技术成本的控制因素。目前，我国的脱硝催化剂原材料依赖进口，由于受国外产品的垄断，价格十分昂贵，导致燃煤电厂的脱硝成本非常高。限制了大气脱硝治理工作的开展。
从另一方面看，作为选择性催化还原脱硝的主要原材料，脱硝催化剂载体二氧化钛的国内年需求量预计将在2~3万t，国内市场前景广阔。
国内未来的几年仍以蜂窝式催化剂为主，但由于国内的烟气条件具有高含尘、高SO
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、高含钙等条件，引进技术生产的催化剂具有易堵灰、抗中毒能力差、使用寿命短等缺点，如何降低催化剂成本并使催化剂能够适应中国煤质是我国脱硝产业当前面临的最迫切难题。
同时，随着国内脱硝催化剂的使用，在未来的2 ~3年后将面临着废旧催化剂的再生与利用的问题。因此未来几年内脱硝催化剂主要研究方向体现在以下三个方面:
螺旋焊缝钢管4.1开发出以国产钛白粉为主要原料的催化剂
目前国内脱硝催化剂价格居高不下，严重制约着脱硝行业的发展，主要存在的问题是脱硝催化剂的主要原料钛白粉需要从国外为数不多的几家钛白粉厂进口。法国的Millennium、日本的石原化工和堺化学等几家公司，垄断了催化剂原材料的供应，形成了稳定的价格体系，使得原料成本居高不下。
目前国内已经有不少钛白粉厂家开始对脱硝催化剂钛白粉进行研究，并取得了可喜的成果，下一阶段
熔断器底座的目标是实现脱硝钛白粉生产的规模化。目前国内研究脱硝催化剂钛白粉的企业主要有重庆新华化工厂、四川华铁钒钛科技有限公司以及四川广安贝腾等，并且其中几家企业进行了初步产业化。随着国内对脱硝钛白粉的深入研究，我们有理由相信国内催化剂能够摆脱原料钛白粉主要依赖进口的现状，国内将很快出现合格的脱硝钛白粉原料。
4.2开发出适合国内烟气条件的脱硝催化剂
针对国内高含尘、高SO2、高含钙烟气条件，开发出一种高强度、耐磨损、不易堵灰、抗中毒能力强、使用寿命长、高活性、低二氧化硫氧化率的催化剂。
江苏龙源针对上述方面进行了大量的实验和试验，并取得了一定的成果。特别是在催化剂的抗压强度、耐磨损强度等方面取得了重大突破。主要通过改进催化剂的工艺以及对催化剂的生产设备进行了改造，并开发具有活性的端头硬化液，从而使生产出来的催化剂的径向抗压达到80N/cm2以上，轴向抗压强度达到300N/cm2以上，端头硬化后的催化剂抗磨损强度小于0.06%/kg-砂，解决了国内高含尘烟气条件下催化剂的磨损和破碎等问题。
4.3废催化剂的再生与利用
随着目前国内脱硝系统的新建，在未来的2~3年后将面临的脱硝催化剂的更换问题，这将涉及到大批废旧催化剂的处理问题，如何对这些废旧催化剂进行再生或者再利用将是未来面临的问题。
催化剂在使用过程中由于容易堵塞和中毒，催化剂在使用过程中失去活性在所难免。出于降低成本的目的，失去活性之后的催化剂通常会进行再生以便再次使用。再生是将催化剂送回原厂，经过冲洗、化学药剂浸泡、重新加入活性物质等处理过程后，将其催化效率回复到出厂之初。催化剂再生所需的费用为购买全新催化剂费用的1/2，虽然耗资较大，但还是较重新购买便宜，并且可以省下处理废弃催化剂的费用。研究SCR催化剂的失活与再生，可以延长催化剂的使用寿命，对于降低SCR系统的运行费用具有重要意义。目前国内对于催化剂失活之后再生方法的研究比较少。
5结束语
a.燃煤污染控制仍然是我国大气环境质量改善
的重点和难点。具有自主知识产权的技术和成套设备在市场中占有比例较低，开发高效、低能耗的烟气脱硝技术与装备成为重中之重。
b.未来的几年国内主要解决的问题是研发出适
合中国烟气条件的SCR催化剂，并完成关键设备国产化及主要原材料的优化筛选，从而有效降低催化剂成本，提升我国烟气脱硝技术水平和市场竞争力,
为我国烟气脱硝环保工程的大规模开展奠定坚实基础。(下转第16页)
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杨超等：火电厂SCR烟气脱硝技术及其催化剂研究进展
的煤种进厂后，进行认真取样化验，全面掌握燃料的各项指标，从进厂煤化验结果看，即使是同一煤种每次的化验结果也不尽相同，有时热值高有时热值低，各项指标也存在着差异，同一煤种的特性有时变化也相当大。因此根据燃料的特性、机组当前的运行状况、调峰情况以及锅炉燃烧方式等，确定配烧的煤种，以及应采取的配煤方式和掺烧比例。
6结束语
在能源日益紧张，燃料价格不断上涨的情况下，火电厂的配煤掺烧工作显得特别重要，他减少了高价煤的购入量，节约了购煤成本，减轻了煤价上涨对发电成本的压力，有效提高了企业的经济效益，成为火电厂经济运行的有效途径。不同煤种的配煤掺烧，不仅为锅炉稳燃提供了保障，而且还为节能降耗作出了贡献。
参考文献
沈桂南.煤质变化对锅炉运行经济性的影响.华东电力2005
(上接第13页)
并在此基础上研究催化剂的回收与利用，从而更好的解决未来几年迫切面临的问题。
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