火电厂SCR法脱硝催化剂的几个重要指标介绍

朱林等：SCR烟气脱硝催化剂生产与应用现状第8期环境保护（火电厂环保综合治理技术专栏）SCR烟气脱硝催化剂生产与应用现状朱林1，吴碧君1，段玖祥1，曹林岩1，刘汉强2，赵禹2，曹莉莉2（1.国电环境保护研究院，江苏南京210031；2.北京国电龙源环保工程有限公司，北京100761）摘要：燃煤电厂排放的氮氧化物控制措施包括低氮燃烧和烟气脱硝。氨选择性催化还原是减少NOx排放行之有效的办法，具有脱硝效率高、氨逃逸率低等特点，是燃煤电站锅炉烟气脱硝的主流工艺。其中催化反应器及其所采用的催化剂是该工艺的核心，脱硝催化剂的生产过程工艺较复杂、技术含量高，对原料品质要求较高。简述了商用选择性催化还原催化剂的组成、催化反应原理与反应步骤，介绍了板式和蜂窝式2种结构形式催化剂的特点，并对主要性能作了比较。提供了国际上各主要生产商的生产能力与应用业绩以及国内对该技术的引进与应用状况。关键词：NOx控制；烟气脱硝；选择性催化还原；非选择性催化还原；催化剂中图分类号：TQ032文献标识码：B文章编号：1004-9649（2009）08-0061-04收稿日期：2009-02-17作者简介：朱林（1964—），男，上海人，高级工程师，从事火电厂环境保护研究。E-mail:zhulin@nepri.com0引言氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物，主要包括NO、NO2、N2O等，可以引起酸雨、光化学烟雾、温室效应及臭氧层的破坏。自然界中的NOx63%来自工业污染和交通污染，是自然发生源的2倍，其中电力工业和汽车尾气的排放各占40%，其他工业污染源占20%。在通常的燃烧温度下，燃烧过程产生的NOx中90%以上是NO，NO2占5%～10%，另有极少量的N2O。NO排到大气中很快被氧化成NO2，引起呼吸道疾病，对人类健康造成危害。火电厂产生的NOx主要是燃料在燃烧过程中产生的。其中一部分是由燃料中的含氮化合物在燃烧过程中氧化而成，称燃料型NOx；另一部分由空气中的氮高温氧化所致，即热力型NOx，化学反应为：N2+O2→2NO（1）NO+1/2O2→NO2（2）还有极少部分是在燃烧的早期阶段由碳氢化合物与氮通过中间产物HCN、CN转化为NOx，简称瞬态型NOx［1］。减少NOx排放有燃烧过程控制和燃烧后烟气脱硝2条途径。现阶段主要通过控制燃烧过程NOx的生成，通过各类低氮燃烧器得以实现［2-3］。这是一个既经济又可靠的方法，对大部分煤质通过燃烧过程控制可以满足目前排放标准。1烟气脱硝工艺1.1相关化学反应NO的分解反应（式（1）的逆反应）在较低温度下反应速度非常缓慢，迄今为止还没有找到有效的催化剂。因此，要将NO还原成N2，需要加入还原剂。氨（NH3）是至今已发现的最有效的还原剂。有氧气存在时，在900～1100℃，NH3可以将NO和NO2还原成N2和H2O，反应如式（3）、（4）所示［4］。还有一个副反应，生成副产物N2O，N2O是温室气体，因此，式（5）的反应是不希望发生的。4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（3）2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O（4）4NO+4NH3+3O2→4N2O+6H2O（5）在900℃时，NH3还可以被氧气氧化，如式（6）～（8）所示。2NH3+3/2O2→N2+3H2O（6）2NH3+2O2→N2O+3H2O（7）2NH3+5/2O2→2NO+3H2O（8）这就意味着NH3除了担任NO、NO2的还原剂外，还有相当一部分被烟气中的氧气氧化，而氧化的产物中有N2、N2O和NO，后者增加了NO的浓度却降低了脱硝效率。1.2非选择性催化还原工艺非选择性催化还原工艺（SNCR，SelectiveNon-中国电力ELECTRICPOWER第42卷第8期2009年8月Vol．42，No．8Aug.200961第42卷中国电力环境保护（火电厂环保综合治理技术专栏）图2电站锅炉SCR工艺流程Fig.2ProcessflowofSCRofpowerstationboilerCatalyticReduction）利用锅炉顶部850～1050℃的高温条件，喷入NH3在没有催化剂作用下还原NOx，在锅炉中的布置如图1所示［5］。不用催化剂，则不需设置催化反应器，故SNCR工艺简单、投资省，对没有预留脱硝空间的现有锅炉改造工作量少。可是在850～1050℃时，NH3的氧化反应（式（6）～（8））全部可以发生，确定了该工艺的脱硝效率不高，一般仅50%左右，同时还要求有较高的NH3/NO摩尔比，增加了NH3的消耗与逃逸。故SNCR工艺难以满足环保要求高的大型燃煤锅炉。1.3选择性催化还原选择性催化还原（SCR，SelectiveCatalyticReduction）的原理是在催化剂作用下，还原剂NH3在相对较低的温度下将NO和NO2还原成N2