1、 SCRDeNOx選擇催化還原脫氮HaldorTopsoeA/S丹麥托普索公司PerMorsing和TorbenSlabiak2003年11月介紹托普索公司自1940年成立以來，一直潛心于催化劑的研究、發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)，催化工藝的發(fā)展并提供使用催化劑和工藝的工廠。自80年代初，托普索公司就一直積極致力于SCRDeNOx研究，最初的兩座燃煤鍋爐基于滑流的演示裝置是在1987年開車的。這兩個(gè)裝置的設(shè)計(jì)與經(jīng)驗(yàn)為大規(guī)模裝置的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。第一批應(yīng)用的大規(guī)模裝置分別是開車于1991年的丹麥Nordjylland電站中300MW鍋爐和1993年Avedre電站的250MW鍋爐上安裝的裝置。自那時(shí)起至今，托

2、普索公司已經(jīng)為脫除燃?xì)狻⑷加?、燃煤鍋爐，汽油、柴油發(fā)動機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)、焚化爐以及化工裝置的氮氧化物向250多家工廠提供了工藝技術(shù)、設(shè)備及催化劑。最大的SCR裝置是安裝在一臺700MW的鍋爐上，進(jìn)行流量超過2,500,000Nm3/h的氣體處理。SCRDeNOx工藝是除去煙氣中氮氧化物的最有效工藝。70年代末，日本首次推出此工藝，約十年后，德國也有了該工藝。大多數(shù)的SCRDeNOx裝置是安裝在電廠的鍋爐上，而現(xiàn)在該工藝正越來越多地應(yīng)用到垃圾焚燒裝置以及其它來自化工廠的廢氣處理上。在過去的4年里，美國東北部的一些州，已有大量的燃煤鍋爐采用了SCRDeNOx工藝，并且還有大量的燃?xì)廨啓C(jī)也安裝了SCR裝

3、置。在歐盟內(nèi)，現(xiàn)有的立法將導(dǎo)致所有的新建燃煤電廠鍋爐要強(qiáng)制性地安裝SCRDeNOx裝置。SCRDeNOx工藝在SCRDeNOx工藝中，氮氧化物在催化劑作用下被氨還原為無害的氮?dú)夂退?不產(chǎn)生任何二次污染，其化學(xué)反應(yīng)如下：4NH3+4NO+O26NO2+8NH3f4N2+6H2Of7N2+12H2O上述化學(xué)反應(yīng)在不使用催化劑時(shí)也許可在溫度900-1100C的均勻氣相下進(jìn)行，而在SCRDeNOx工藝中，因使用了催化劑，反應(yīng)通?？稍跍囟?50-450C下進(jìn)行。由于使用了特殊的催化劑，該工藝可在低溫（低至約200C），也可在高溫（高達(dá)約550C）狀態(tài)下操作。圖1SCRDeNOx工藝示意圖SCRDeNOx

4、裝置的主要組成部分包括一個(gè)裝催化劑的反應(yīng)器、一個(gè)儲罐及一個(gè)還原劑注入系統(tǒng)。還原劑既可是帶壓的無水液氨，也可是常壓下的氨水溶液（通常重量濃度為25%），此外還可能是尿素水溶液（通常重量濃度為40%）。當(dāng)采用氨水或尿素溶液時(shí)，通常將其通過位于導(dǎo)管或滑流的霧化噴嘴直接注入到煙氣通道中。除此外，該工藝將和下面描述的基于無水液氨的工藝相同。無水液氨的儲存壓力取決于儲罐的溫度（例如20C時(shí)壓力為10bar）。液氨通過蒸發(fā)器中的蒸汽、熱水、或電被減壓并蒸發(fā)，然后，蒸發(fā)的氨氣經(jīng)空氣稀釋，通過注樣系統(tǒng)被注入到煙氣中。注入系統(tǒng)由許多注射噴嘴組成，為的是獲得氨和煙氣的均勻分布。另一方面，在噴嘴數(shù)量較少的情況下，可以

5、結(jié)合一個(gè)靜態(tài)的混合器一起使用。氨氣在煙氣內(nèi)的均勻分布對于實(shí)現(xiàn)氮氧化物的有效還原、較低的氨逸出量以及由此而達(dá)到催化劑的有效利用都十分重要。在氮氧化物還原程度很高時(shí)，均勻分布相當(dāng)重要。在反應(yīng)器入口的氣體分散系統(tǒng)能使得通過反應(yīng)器的氣體形成較好的分布，以有效地利用催化劑。通常，借助位于反應(yīng)器頂部的導(dǎo)流葉片可達(dá)到良好的氣體分布。對于高粉塵SCR反應(yīng)器，導(dǎo)流葉片一般還配一個(gè)使粉塵粒子向同一方向流動的整流器以減少灰塵的腐蝕和在催化劑上的沉積而導(dǎo)致催化劑孔堵塞。SCRDeNOx反應(yīng)器（圖2）一般是一個(gè)矩形的容器（筒狀反應(yīng)器適用于加壓煙氣，壓力在2-3bar）,通常包括放置在合適的支撐架上的兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的催

6、化劑模塊。反應(yīng)器通常還為備用催化劑層的留有空間以減少催化劑消耗。根據(jù)煙氣中的含塵量，為防止粉塵沉積，在每層催化劑上安裝氣動吹灰器。對于燃煤鍋爐有高粉塵的裝置，吹灰器是標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)備。根據(jù)托普索公司的經(jīng)驗(yàn)，即使粉塵濃度達(dá)到20克/標(biāo)立方米，每天用過熱蒸汽進(jìn)行一次吹掃就能足以保持催化劑干凈。圖2：安裝有催化劑模塊的SCRDeNOx反應(yīng)器一臺工藝計(jì)算機(jī)（見圖1）根據(jù)設(shè)定值、負(fù)荷信號以及進(jìn)入催化劑前的NOx濃度可計(jì)算出需注入的液氨量。根據(jù)反應(yīng)器出口NOx濃度的反饋信號可以調(diào)節(jié)氨補(bǔ)充。對柴油機(jī)裝置，通常用描述NOx濃度與負(fù)荷關(guān)系曲線的發(fā)動機(jī)圖表來代替NOx的入口測量。這個(gè)曲線圖表已儲存在工藝計(jì)算機(jī)中。由于

7、反應(yīng)器存在一定的響應(yīng)時(shí)間，出口處NOx濃度的反饋調(diào)節(jié)不能提供足夠的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，因此不能單純地只采用基于出口處NOx濃度的反饋調(diào)節(jié)。SCR工藝布置在燃煤電廠，SCRDeNOx反應(yīng)器通常位于鍋爐和空氣預(yù)熱器（高粉塵布置），之間，但是，在某些情況下，需要安裝在灰塵過濾器和脫硫裝置的后面（見圖3）。這種布置被稱為尾端/低塵，由于其再加熱的成本高，這種布局僅僅適用于煙氣中含有大量催化劑雜質(zhì)的裝置（例如，濕底鍋爐、垃圾焚燒裝置及玻璃加工廠等），或者鍋爐周圍缺少可用空間且不允許安裝高塵反應(yīng)器的工廠。圖3：高塵和尾端/低塵鍋爐的選擇催化還原布局短語解釋：APH:空氣預(yù)熱器ESP:顆粒過濾器（電或布袋除塵器）FG

8、D:脫硫裝置GGH:氣/氣換熱器H:鍋爐或蒸汽加熱器在高塵模式的裝置安裝反應(yīng)器，由于硫酸氫銨（ABS）會暫時(shí)降低催化劑的活性，因此在較低的操作溫度下（例如，鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)）確保催化劑中不生成和沉積ABS是非常重要的。ABS的產(chǎn)生是，當(dāng)煙氣溫度在催化劑中降低到ABS的露點(diǎn)溫度以下時(shí)（由于催化劑孔的毛細(xì)影響，ABS在催化劑的露點(diǎn)溫度比在煙氣中的高）注入的氨液和煙氣中的SO3發(fā)生反應(yīng)生成了ABS。當(dāng)溫度升高超過露點(diǎn)溫度后，ABS就會蒸發(fā)，因此這個(gè)反應(yīng)過程是可逆的。但是，反復(fù)的沉積、蒸發(fā)可能會永久性地降低催化劑的活性。煙氣的溫度一般要保持在露點(diǎn)溫度以上，這可通過在鍋爐省煤器周圍的氣側(cè)或水側(cè)設(shè)置一旁通

9、，也可將省煤器的一部分移到反應(yīng)器下游來達(dá)到。如果只需要鍋爐在短時(shí)間內(nèi)處于ABS露點(diǎn)溫度下運(yùn)行，有時(shí)也可以只是簡單地停止液氨的補(bǔ)充，從而避免安裝一個(gè)成本較高的旁通或拆分省煤器。對于大多數(shù)的燃煤鍋爐，ABS的露點(diǎn)溫度一般在300-330C范圍內(nèi)。對于柴油發(fā)動機(jī)來說，SCRDeNOx反應(yīng)器通常安裝在渦輪增壓器（TC）之間或者在渦輪增壓器之后，這取決于煙氣的溫度（圖4）。通常，兩沖程柴油發(fā)動機(jī)的裝置將SCRDeNOx安裝在渦輪增壓器之前，而四沖程柴油發(fā)動機(jī)則是安裝在渦輪增壓器之后。兩沖程機(jī)四沖程機(jī)鍋爐煙囪圖4：兩沖程柴油發(fā)動機(jī)和四沖程柴油發(fā)動機(jī)的SCR位置圖在氣輪機(jī)上，SCRDeNOx反應(yīng)器的安裝通常

10、與廢熱鍋爐連成一體，其安裝位置處的煙氣溫度約350C。但是，有時(shí)候在沒有鍋爐或者現(xiàn)有的鍋爐不能進(jìn)行改造時(shí)，SCRDeNOx反應(yīng)器就直接安裝在氣輪機(jī)之后，通過引入驟冷氣使溫度達(dá)到300-400C。SCRDeNOx催化劑-設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)催化劑是SCRDeNOx裝置的核心部分，為確保SCRDeNOx工藝既有效又經(jīng)濟(jì)，催化劑的選擇以及反應(yīng)器的正確設(shè)計(jì)至關(guān)重要。通常，一種較好的催化劑具有以下特點(diǎn)：較高的NOx還原活性較高的耐塵、耐SOx和其它煙氣組份較高的熱穩(wěn)定性較高的抗熱沖擊能力壽命長較低的壓降較低的SO2氧化市場上的絕大多數(shù)催化劑都是以單塊TiO2為載體，其上有許多呈蜂巢狀或平行板排列的平行信道。催化

11、劑或者是噴涂的金屬層，或者是涂在波紋狀纖維增強(qiáng)體。幾乎所有的TiO2催化劑都是采用釩、鉬和鎢的不同組合作為催化活性成分?；诜惺虻\土做載體的催化劑的價(jià)值是非常有限的。沸石在高溫下有某些優(yōu)勢，但是，通常在正常的煙氣條件下，由于有蒸汽的存在，沸石一般穩(wěn)定性不夠。基于鋁做載體的SCRDeNOx催化劑只在低溫下應(yīng)用在硝酸工業(yè)，但是除此外，由于其對SOx的敏感性，商業(yè)價(jià)值很有限。圖5所示是在TiO2催化劑上的每步反應(yīng)步驟：反應(yīng)物NO和NH3通過一個(gè)氣膜擴(kuò)散到多孔的催化劑上。氨被吸附到催化劑的表面上氮氧化物和氨反應(yīng)生成氮?dú)夂退尫懦黾儍舻漠a(chǎn)品一氮?dú)夂驼羝麩煔庵械难鯕庵匦卵趸呋瘎﹫D5.脫氮反應(yīng)機(jī)理（示意

12、圖） 反應(yīng)速度受通過氣膜時(shí)及在多孔催化劑內(nèi)壁上的兩個(gè)擴(kuò)散，以及其本身固有的反應(yīng)速度的控制。托普索公司在催化方面的基礎(chǔ)研究已有巨大投入，多年來對催化劑表面上的SCRDeNOx反應(yīng)機(jī)理的深入研究已經(jīng)找到這個(gè)催化循環(huán)的原理(圖6)。對此的更加詳細(xì)的介紹見參考文獻(xiàn)1和2，在此簡要介紹一下循環(huán)如下：反應(yīng)包括酸堿催化作用和氧化還原作用兩個(gè)步驟。反應(yīng)是在布朗斯臺德酸基(V5+-OH)上有氨吸收開始的，之后在催化劑表面上通過與氧化還原基(V=O)反應(yīng)有了氨的“活化”“活化”氨再與氣相或略微被吸附的NO反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)夂退魵獠⑶疑蒝4+-OH。最后，V4+-OH基在氧作用下氧化，重新回到原來的V=O基，完成整個(gè)

13、催化循環(huán)。圖6：V2O5/TiO2SCRDeNOx催化劑的催化循環(huán)結(jié)合中試裝置的測試結(jié)果，應(yīng)用上述的關(guān)于基礎(chǔ)反應(yīng)的知識，已建立了一個(gè)動力計(jì)算模型，這使得我們能優(yōu)化SCRDeNOx裝置的設(shè)計(jì)并且預(yù)測裝置的運(yùn)行性能。在催化劑表面上除發(fā)生SCRDeNOx反應(yīng)外，還能發(fā)生其它反應(yīng)。在這些反應(yīng)中，非期望的SO2氧化為SO3反應(yīng)具有特殊的意義。該反應(yīng)進(jìn)行比較緩慢并且受動能控制，因此其氧化速度不受擴(kuò)散的影響，而僅取決于SO2固有的活性，反過來也就是取決于催化劑中的釩含量。由于DeNOx催化劑的活性隨釩含量的增大而提高，釩濃度的選擇就要權(quán)衡考慮DeNOx活性和SO2的氧化。通常，對高粉塵裝置，整個(gè)SCRDeN

14、Ox反應(yīng)器內(nèi)的SO2氧化必須要低于1%。對不含SO2的氣體來說，催化劑中活性物質(zhì)的含量選擇要根據(jù)期望達(dá)到的最佳DeNOx活性和穩(wěn)定性來考慮。托普索公司的SCRDeNOx催化劑（DNX）是基于波紋狀的、多孔的加強(qiáng)纖維的鈦結(jié)構(gòu)（圖7）用活性物質(zhì)浸漬后，具有較大的活性面積。經(jīng)過特殊的生產(chǎn)加工，毛細(xì)孔分布得到良好控制，使得催化劑的密度低和孔積率高。這樣，在一定的DeNOx活性下，把SO2的氧化降低到了最小。圖7：托普索公司的波紋狀SCRDeNOx催化劑由于它的載體進(jìn)行了纖維增強(qiáng)，這種催化劑有很強(qiáng)的抗熱沖擊性和抗灰塵顆粒磨碎性，同時(shí)，其重量也比傳統(tǒng)的片狀或擠壓催化劑要輕得多。催化劑被制成箱體狀，橫剖面4

15、66x466mm,高度分別為250和500mm（圖8）。為了簡化催化劑的處理和安裝，箱體可以獨(dú)立放置在反應(yīng)器內(nèi)（用于小的裝置），也可以由多達(dá)10個(gè)箱體疊放組成一個(gè)大的模塊一起進(jìn)行安裝。安裝的催化劑體積，以及反應(yīng)器的大小取決于多種因素，有些我們已經(jīng)討論過了（如NH3/NOx分布和氣體分布）。除這些因素外，催化劑的活性、所要達(dá)到NOx排放、可接受的氨逸出量、NOx濃度、以及煙氣的壓力和溫度等也都是重要因素。下面舉3個(gè)例子，對此進(jìn)行說明。上面所講的催化劑適性取決于諸如催化劑的化學(xué)組成及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，但是槽路的尺寸（水力直徑）對于體積活性是至關(guān)重要的。使用水力直徑小的催化劑，所要求的催化劑體積就會比催

16、化劑水力直徑大的要小，但同時(shí)，伴隨灰塵在催化劑上沉積的危險(xiǎn)，催化劑阻力降將會增加。因此，選擇槽路直徑一定要適當(dāng)考慮煙氣中的粉塵量以及通過反應(yīng)器的允許壓降。圖8：托普索公司的SCRDeNOx催化劑反應(yīng)器對于高粉塵的應(yīng)用，一般催化劑的水力直徑是6mm，比表面積是400-500m2/m3（見腳注1）。對于低粉塵的應(yīng)用，水力直徑通常是3mm,比表面積將增加到700-900m2/m3。由于通過層流邊界層時(shí)槽路的水力直徑較小，抗分散性較小，催化劑活性（每單位體積）與催化劑的比表面積比例非常一致。腳注1：化劑內(nèi)表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于管壁外表面積，每立方米催化劑兩者相差幾乎有3000個(gè)足球場面積那么大。因此，在低濃度

17、粉塵的煙氣中使用水力直徑小的催化劑，就能安裝較少體積催化劑（催化劑體積能減少一半）。NOx的降低程度，一般是由立法、地方性法規(guī)直接決定的,或者間接進(jìn)行規(guī)定，例如像丹麥發(fā)電行業(yè)的總的排放系統(tǒng)。這里，轉(zhuǎn)化率是根據(jù)最經(jīng)濟(jì)的水平來決定的（脫除每噸NOx的最低費(fèi)用）。圖9說明的是一個(gè)燃煤鍋爐在典型氣體狀況下，降低NOx在70%和95%之間時(shí)對比所需的催化劑體積。氨逸出量維持在5ppm。圖9:催化劑體積與NOx降低率的關(guān)系可以看出，所需的催化劑體積隨NOx轉(zhuǎn)化率的增加而增加。事實(shí)上，對于一個(gè)典型的燃煤鍋爐，脫除的每噸NOx總成本降到盡可能低的水平，經(jīng)濟(jì)上最佳的操作點(diǎn)通常是在降低率90-95%之間的某個(gè)值。

18、氨逸出，即離開反應(yīng)器而未反應(yīng)掉的氨氣量，它也是設(shè)計(jì)催化劑體積的一個(gè)重要參數(shù)。圖10對此有說明。空速（NHSV）的定義是每立方米催化劑所處理的正常煙氣的立方米數(shù)。圖10顯示的是在兩種不同的空速下，NOx降低率和NH3逸出率的NH3/NOx比。從圖上可看出，僅靠提高幾個(gè)百分點(diǎn)的NH3/NOx比率，催化劑體積（空速在10,000Nm3/m3h,而不是5,000Nm3/m3h）減少一半，也能達(dá)到同樣的NOx降低率。圖10NOx降低率及NH3逸出量與NH3/NOx比率的關(guān)系圖這將會使氨的逸出量大幅提高。因此，可接受最大的氨逸出對需要的催化劑體積具有很重要作用。在下游的空氣預(yù)熱器中冷卻煙氣時(shí)，為了避免或盡

19、可能地減少ABS沉積，氨逸出量一般限制在5ppm內(nèi)。這一點(diǎn)對飛灰的再利用很重要，這是因?yàn)轱w灰中的氨濃度一般大約要限制在lOOppmw（例如，飛灰用作室內(nèi)水泥的混合物）。為了觀察氨逸出的限制值，有時(shí)候有必要把氨逸出量限制在2-3ppm，這取決于煤中粉塵的濃度以及煤的種類。此外，氨氣還可能會污染粉塵過濾器中的飛塵和下游脫硫裝置中的水質(zhì)。催化劑消耗及燃料類型的影響在運(yùn)行期間，SCR催化劑會漸漸失活，這主要是由于催化劑中毒以及/或者催化劑毛孔被灰塵堵塞，熱老化僅起很小的作用。反應(yīng)器通常留有額外的催化劑床，在最初安裝的催化劑不再具有足夠的活性時(shí)，用來安裝補(bǔ)充的催化劑層，這樣，就會延長最初安裝的催化劑的壽

20、命，節(jié)省催化劑成本（降低催化劑消耗量）。此后，最初安裝的催化劑層就會如圖11所描述的那樣順序交換。這樣的話，對于高濃度粉塵的安裝，催化劑的平均壽命可達(dá)到5到10年，若應(yīng)用到燃?xì)忮仩t，催化劑壽命將會更長。圖11.催化劑的順序交換催化劑平均壽命定義，這里是指評價(jià)期（通常為15-25年）乘以初始安裝的催化劑體積再除以催化劑的消耗總量（包括初始催化劑體積）。要注意的是，催化劑的平均壽命與供應(yīng)商保證的壽命（一般為2-3年）是截然不同的。保證壽命通常僅是指在必須安裝新的另一層催化劑之前，新鮮催化劑能運(yùn)行的時(shí)間。圖12不同類型裝置的催化劑失活情況圖12說明的是催化劑毒物的影響，顯示了在高濃度粉塵安裝、低濃度

21、粉塵安裝和燃?xì)獍惭b下的失活曲線。從圖中可看出，高濃度粉塵裝置的催化劑失活速度約是SNOX裝置（低塵）的兩倍，這是因?yàn)樵赟NOX裝置中，大量的催化劑毒物被SCR反應(yīng)器上游的過濾器除掉。在燃?xì)鈶?yīng)用上，由于煙氣中完全不含催化劑毒物，催化劑的失活會更小。催化劑最重要的毒物是鈉和鉀，對某些類型的催化劑，砷也是重要毒物。在德國，已發(fā)現(xiàn)在一些濕除灰器鍋爐，催化劑失活很快，迫使SCR反應(yīng)器安裝在尾端以達(dá)到可接受的催化劑壽命。即使煤灰中存有大量的鈉和鉀，由于這些鈉和鉀的化合物都在灰塵中，不是氣相狀態(tài)，因此催化劑中毒影響將會減輕。有證據(jù)表明，采用諸如稻草和木頭一類的生植物作鍋爐的燃料，會導(dǎo)致催化劑快速失活，這是因

22、為鉀懸浮微粒沉積在催化劑上引起了催化劑中毒。失活發(fā)生速度很快，甚至采用煤和稻草或者煤和木頭一起燃燒，對安裝在高濃度粉塵的催化劑也無法達(dá)到可接受的使用壽命。然而，盡管會增加操作成本，仍然有可能在一個(gè)濕洗滌塔或干吸收塔后的尾端安裝SCRDeNOx反應(yīng)器。還原劑的選擇在無水液氨、氨水和尿素水溶液中進(jìn)行還原劑選擇，一般是從安全角度考慮。這是因?yàn)閺膬Υ婀藁驈牟圮嚬薜慕煌ㄊ鹿手行孤┏龅募儼睔庖仍臼悄蛩厮芤旱奈ｋU(xiǎn)性更大。盡管，從歷史上看，處理無水液氨的危險(xiǎn)性不再有那么大，但由于從當(dāng)局獲得液氨的使用許可越來越難，因此現(xiàn)在氨水正越來越多地被使用。在海運(yùn)上，通常只能用尿素水溶液作為還原劑。注入尿素后，在熱煙

23、氣中分解為氨，反應(yīng)式如下：H2NCONH2fHNCO+H2OfNH3+HNCONH3+CO2選擇還原劑對運(yùn)行成本有重要影響。以下是一次供應(yīng)約5噸時(shí)，這三種還原劑的典型價(jià)格；歐元/公斤（交貨）歐元/公斤（折成100%氨）TOC o 1-5 h z無水液氨:0.360.36 HYPERLINK l bookmark3425%氨水:0.251.01 HYPERLINK l bookmark3640%尿素:0.241.05由此可見，無水液氨是最便宜的還原劑而尿素是最昂貴的還原劑。對大型電廠，供應(yīng)量很大時(shí)，無水液氨和氨水價(jià)格還能降低近50%，目前還未對大量采用尿素的價(jià)格作過計(jì)算。大批量供應(yīng)時(shí)，無水液氨和

24、氨水間的價(jià)格差會減少，但還是比較顯著的。例如，一個(gè)250MW、NOx水平在300ppm的燃煤鍋爐，安裝SCR，每年的增加成本費(fèi)用約40萬歐元，相當(dāng)于0.02歐分/千瓦小時(shí)。工業(yè)經(jīng)驗(yàn)和裝置丹麥哥本哈根的Avedore電廠1993年Avedore電廠的250MW燃煤鍋爐改造時(shí)安裝了一個(gè)托普索的SCRDeNOx反應(yīng)器。在12月內(nèi)將反應(yīng)器安裝在鍋爐房內(nèi)，在年度檢修期間內(nèi)用了5周時(shí)間把反應(yīng)器定固在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間。圖13是反應(yīng)器示意圖。該反應(yīng)器的設(shè)計(jì)是：NOx入口濃度400ppm，要達(dá)到80%的NOx降低率、氨逸出量低于5ppm、SO2氧化率低于1%。煙氣滿負(fù)荷處理時(shí)的流速是718,000Nm

25、3/h。在導(dǎo)管入口處通過大量噴嘴進(jìn)行氨注入。注入氨后，煙氣流進(jìn)行180轉(zhuǎn)向向下進(jìn)入到反應(yīng)器中。位于導(dǎo)管入口頂部和反應(yīng)器頂部的導(dǎo)流葉片保證了煙氣和飛塵在穿過反應(yīng)器截面時(shí)得到正確的分布。導(dǎo)流葉片的位置和設(shè)計(jì)是基于一個(gè)1:10比例的流量模型測試而定的。飛灰整流器安裝在最上一層催化劑的上方，每一層催化劑都配有兩個(gè)斜狀往返移動的吹灰器。反應(yīng)器帶3個(gè)催化劑床，其中的2床以前已填裝了催化劑。每床都配有底部有支柱支撐的格柵。在運(yùn)行期間，格柵將大大提高安全性，并且簡化催化劑的裝卸圖13：Avedore電廠，第一臺SCR反應(yīng)器裝填催化劑時(shí)采用一輛小型電動平板車，這樣，兩天內(nèi)就可完成一層催化劑的安裝。在每個(gè)催化劑層

26、上，安裝了由84個(gè)托普索高塵催化劑組成的催化劑模塊，整個(gè)模塊的尺寸約為1.5x1.0 x1.3（長x寬x高）。催化劑的水力直徑為7.4mm。反應(yīng)器沒有做用于溫度調(diào)節(jié)的旁通設(shè)計(jì)，由于不能維持最低溫度，在負(fù)荷低于70%時(shí)，氨注入就會停止。由于這個(gè)裝置是個(gè)基負(fù)荷裝置，在低負(fù)荷下操作的時(shí)間很少。氨儲存的每個(gè)圓柱罐儲存無水液氨的能力是140m3,能維持約兩周的消耗。儲罐有防曬涂層并且四周有噴灑頭以防泄漏。液氨用容器進(jìn)行傳送，它的蒸發(fā)在獨(dú)立的有熱水的蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行。鍋爐燒過來自北美、澳大利亞、波蘭、南非、俄羅斯和哥倫比亞等國的煤,硫含量在0.5到2.5%范圍內(nèi)變化,灰含量平均在18-19%,最大為25%,這

27、意味著通常情況下,每小時(shí)有13噸的飛灰在通過催化劑。目前反應(yīng)器已運(yùn)行超過70,000小時(shí)。在必需安裝第三個(gè)催化劑床前,最初安裝的兩床已經(jīng)運(yùn)行了33,000小時(shí),比最初預(yù)計(jì)的超過了約13,000個(gè)小時(shí),這也是由于催化劑的低的失活性以及安裝了新的低NOx燒嘴使鍋爐里NOx含量水平降低了。在運(yùn)行了60,000個(gè)小時(shí)后,2001年夏季對第一個(gè)催化劑床進(jìn)行了更換。在催化劑上還沒有檢測到明顯的SO2氧化情況,空氣預(yù)熱器堵塞很少,與安裝DeNOx反應(yīng)器前的程度一樣。反應(yīng)器的操作始終是很簡單的,控制系統(tǒng)隨鍋爐的負(fù)荷變化而調(diào)整,沒有出現(xiàn)任何問題。位于丹麥Aabenraa的Ensted電廠1996年，Ensted

28、電廠的第三臺600MW燃煤鍋爐改造時(shí)安裝了SCRDeNOx反應(yīng)器。該反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和制造由ABB、德國Babcock和托普索三家公司聯(lián)合完成。反應(yīng)器安裝在省煤器和兩個(gè)空氣預(yù)熱器之間。DeNOx裝置安裝有兩個(gè)平行的SCR反應(yīng)器，其設(shè)計(jì)是：入口NOx濃度700ppm,NOx降低率要達(dá)到88-92%，氨逸出量低于5ppm，SO2氧化率低于1%。每個(gè)反應(yīng)器中煙氣的流速是1,050,000Nm3/h。每個(gè)反應(yīng)器有4個(gè)催化劑床，其中有兩床改造前裝有催化劑。每個(gè)床層裝有80個(gè)尺寸是1.9mx1.0mx1.3m的模塊。催化劑是高塵型的，間距(pitch)是7.4mm。每個(gè)催化劑床層都配有四個(gè)斜狀往返移動的吹灰器

29、。反應(yīng)器的頂部裝有導(dǎo)流葉片和飛灰整流器用以保證煙氣和飛灰地良好分布。受鍋爐房內(nèi)的空間限制，兩個(gè)反應(yīng)器分別安裝在鍋爐房外的兩側(cè)(圖14)。從省煤器到反應(yīng)器和從反應(yīng)器到空氣預(yù)熱器的相對彎曲的通道系統(tǒng)上都安裝有幾組導(dǎo)流葉片。導(dǎo)流葉片和安裝的固定混合器的位置是以凸出階段按1:40和1:15的比例模型計(jì)算決定的。裝置沒有安裝可調(diào)節(jié)溫度的旁通，但是，由于反應(yīng)器位于溫度窗內(nèi)兩個(gè)省煤器段之間，使得裝置能在鍋爐負(fù)荷低至25%下運(yùn)行。這是通過封閉現(xiàn)有的省煤器的一部分并在反應(yīng)器催化劑床層下部新建一個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)的。圖14Ensted電站的SCRDeNOx裝置（二個(gè)反應(yīng)器中的一個(gè)）煙氣中的氨混合是通過位于煙道的固定混合

30、器完成的。其過程是，在熱水加熱下，液氨在兩個(gè)平行的蒸發(fā)器中揮發(fā)，被空氣稀釋到濃度約5%，然后引入到位于固定蒸發(fā)器前的煙道內(nèi)。液氨儲存在兩個(gè)400m3帶壓儲罐內(nèi)，儲存能力相當(dāng)于約三周的消耗量。儲罐位置要防曬，并有水噴淋系統(tǒng)以防出現(xiàn)泄漏。液氨傳輸在罐內(nèi)進(jìn)行。鍋爐中燒過來自北美、澳大利亞、波蘭、南非、俄羅斯和哥倫比亞的煤。安裝的SCR反應(yīng)器已運(yùn)行超過48,000小時(shí)。NOx還原在85到95%之間，氨逸出量在2ppm以下，SO2氧化很少，還未出現(xiàn)過空氣預(yù)熱器堵塞的現(xiàn)象。在安裝新一層催化劑床前，運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)由預(yù)計(jì)的16000小時(shí)延長到近22000小時(shí)，這可歸結(jié)催化劑較低的失活速度和催化劑起始活性比預(yù)想的要高兩個(gè)因素。氮氧化物催化還原技術(shù)的前景展望在催化劑行業(yè)內(nèi)，利用氨進(jìn)行氮氧化物的催化還原，催化劑已成為最重要的一環(huán)，該技術(shù)從下面的發(fā)展趨勢證實(shí)是正確的走向：70年代在日本的面世，80年代在德國的廣泛應(yīng)用，90年代末在美國的應(yīng)用到目前西歐的為數(shù)不多的因某種原因還未采用SCRDeNOx技術(shù)的國家和東南亞也在開始引入。基于其它還原劑，例如烴類的可替代的還原工藝，在用于卡車、火車及輪船的柴油發(fā)動機(jī)中NOx還原引人注