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火力发电厂烟气氮氧化物的控制 姚 强 清华大学热能工程系 热能动力工程与热科学重点实验室 煤的清洁燃烧技术国家工程研究中心 颗粒与燃烧工程（PACE）研究室 2004年6月12日 内容目录 背景与介绍 SCR脱硝技术描述 SCR技术工程应用回顾 应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍 结论与展望 国内对于NOx排放的控制规定 我国国家环保总局要求2000年开始对酸雨控制区内的NOx的排放实行控制，到2010年酸雨控制区内的氮氧化物排放总量控制在2000年水平。 美国CAA关于燃煤锅炉NOx排放的规定 传统低氮氧化物排放技术 一般使用低氮氧化物燃烧器＋火上风燃尽技术。其脱硝率一般低于50％。燃料再燃技术(Fuel Reburning)-利用燃料再燃，可以有效控制NOx的排放。但可操作性上存在一定的问题(脱硝稳定性和可操作性)。其它传统措施（湿法吸收），都存在着一定问题。 脱硝效率方面(无法达到较高的脱硝率) 操作稳定性方面(无法实现稳定的操作) 适应性方面(无法适应不同的工程实际情况) NOx 烟气脱除技术 SNCR与SCR的比较 SNCR系统示意图 为什么用 SCR？ SCR 是唯一证明能达到未来对大型燃煤电厂排放要求NOx减少效率的技术（5年一变？） 在上世纪80年代来在全世界都证明SCR可以安全可靠地运行 仅在德国从80年代中到1996年已超过33000MW的机组按装了脱硝装置 美国到2002年共有157套在运行,已超过1亿kW 什么是 SCR? SCR 是 Selective Catalytic Reduction的简写 氮氧化物 (NOx) 是在煤燃烧过程中形成的存在于从电厂排放的气体中 氨被喷入到烟气中与NOx完全混合 SCR法的反应机理 在催化剂存在的条件下氨气或碳氢化合物与NO反应生成N2和H2O; 反应温度为：300-450℃ 反应比率NH3(or HC)/NO=1(在实际的电厂中大概0.8-0.9) 催化剂：NH3-SCR: V2O5-WO3(or MoO3）/TiO2 HC-SCR:银（Ethanol-SCR) 效率大于90％ SCR 应用历史回顾 美国的Englehard Corporation公司于1957年申请最早的SCR喷氨法脱硝专利。 最初使用的催化剂为铂类催化剂，其效果并不令人满意，因为在其催化活性温度内，会生成大量硝酸氨盐。 日本于1970年代最早成功开发出具有高活性、实用的SCR商业催化剂-钛基五氧化二钒催化剂。 内容目录 背景与介绍 SCR脱硝技术描述 SCR技术工程应用回顾 应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍 结论与展望 The SCR 过程描述 SCR 原理 SCR的主要构件 SCR反应与副反应的化学式 SCR催化剂的定期更换 由于SCR催化剂的工作条件比较恶劣，所以存在着中毒失效问题，必须定期更换。更换时间据具体情况而定，一般一到五年。催化剂性能下降，其原因有： （1）微孔体积减少；（2）由于固体沉积物使微孔堵塞；（3）由于碱性化合物（特别是钾或重金属）引起中毒；（4）SO3中毒；（5）飞灰腐蚀。 氨泄漏(Ammonia Slip)问题 从SCR反应器内排出的未反应完全的氨导致了所谓的“氨泄漏”问题。 氨泄漏必须小于5 ppm，最好低于2-3 ppm，以减少硫酸氨和硫酸氢氨的生成。其中，硫酸氢氨可以导致下游设备的阻塞和腐蚀。 对于高硫煤，这一问题尤为突出。 SCR反应的反应温度(Operating Temperature) 催化剂成本大概占总SCR投资成本15-20%，因此在给定空速的情况下，则需要尽量提高SCR反应器内的烟气温度以提高催化剂的利用效率。 同时，也必须注意二氧化硫被氧化成三氧化硫，而这个氧化反应对温度敏感性超过了SCR反应。 对于常见的钛基氧化钒商用SCR催化剂，其最佳操作温度为340-400oC。 SCR反应器的布置方式(Reactor Placement) SCR系统通常有三种布置方式。 (1) 位于空气预热器和静电除尘器之前。 [referred to as hot side, high dust] (2) 位于空气预热器之前和静电除尘器之后 [hot side, low dust] (3) 位于空气预热器和静电除尘器之后 [cold side, low dust]. 通常第一和第二种布置方式较为常见。而第三种方式需要对烟气进行再加热，这会导致热效率的下降。 内容目录 背景与介绍 SCR脱硝技术描述 SCR技术工程应用回顾 应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍 结论与展望 美国早期一些燃煤锅炉SCR装置的应用情况 世界范围内SCR装置的装机容量(1996年) 目