氮氧化物治理-SCR脫硝原理是什么？

關鍵詞：氮氧化物治理,SCR,脫硝原理

1、NOx治理-SCR脫硝系統

SCR脫硝技術是通過一套控制系統，通過實時監測發動機排放的NOx的濃度，而指揮系統中的尿素泵噴射相匹配的質量比為32.5%的尿素溶液在發動機尾氣排溫＞300℃的煙氣情況下分解成H2O和NH3，其中NH3作為還原劑，在催化劑的輔助作用下，將NOx還原成對人體無害的N2和H2O的化學反應過程。

SCR脫硝系統示意圖

對于內燃機尾氣來說，常規滿載時渦輪后排氣溫度在400-500℃，一般情況下根據尾氣排溫采用中溫或高溫催化劑。為了使催化劑將尾氣中的NOx（NO和NO2）及NH3的混合氣體充分接觸，以促進化學反應，采用蜂窩陶瓷結構的載體用來附著催化劑，如此將涂覆有催化劑的陶瓷蜂窩安裝在一個設計好的反應器中，整個反應器安裝咋排氣管道合理位置上，混合氣體穿過涂覆有催化劑的蜂窩載體，完成還原反應。

2、SCR脫硝催化劑介紹

治理發動機尾氣的NOx，采用SCR（Selective Catalytic Reduction ）工藝，常規情況下所使用的催化劑有3種主要類型：低溫催化劑、中溫催化劑、高溫催化劑。

此3種催化劑所適應的發動機尾氣排溫區間不同，針對于內燃機脫硝，通常使用中溫催化劑或高溫催化劑。中溫催化劑的溫度區間為：260-420℃之間是處理NOx的溫度區間；高溫催化劑的溫度區間為：300-550℃之間。我司開發的SCR催化劑可以實現95%以上至99%的脫硝效率。

3、SCR化學反應原理圖

（1）尿素溶液分解如下：CO（NH2）2 + H2O = 2NH3 + CO2

（2）NOx的還原反應如下：

標準反應： 4NH3 +4NO +O2 →4N2 +6H2O

慢速反應： 6NO2 +8NH3 →7N2 +12H2O

快速反應： NO +NO2 +2NH3 →2N2 +3H2O

4、SCR催化劑工作的特點

SCR催化劑作為通用的氮氧化物處理催化劑，與其他的技術相比（如NSCR、LNT等）有如下特點：

（1）還原劑不易被氧化，相對還原劑的成本較低；

（2）SCR催化劑對硫不敏感，適用的范圍廣；

（3）控制策略相對較為復雜，但是對于再用的發動機，可以使用閉環的系統，無需與發動機進行通信，也可以降低控制策略的復雜程度；

（4）對于排氣溫度有一定要求，催化劑的低溫性能較差；

5、SCR控制邏輯圖

SCR技術是目前國際上主流高效去除尾氣中NOx的技術路線。主要用于還原排氣中的NOx，在一定溫度范圍內，催化劑將NOx分解成無害的氮氣（N2）和水（H2O）,同時，在SCR催化劑的末端涂覆ASC（氨氧化催化劑），將未反應完全的氨氣氧化，防止氨氣泄露。以下是SCR系統的基本原理圖。

SCR系統控制邏輯及設備PID圖

采用閉環控制，信號采集輸送和指令路徑見上圖，在電控單元的控制下, 尿素泵將尿素溶液從尿素罐中抽出,尿素在壓縮空氣的引射作用下噴出,和壓縮空氣混合后經噴嘴霧化后噴入排氣管道。電控單元根據廢氣流量、催化劑的溫度和NOX濃度計算出所需的尿素溶液噴射量，尿素溶液在排氣管道混合區遇高溫尾氣分解成氨氣（NH3） 和水（H2O）, 與尾氣充分混合后進入催化劑模塊, 在催化反應區NH3和NOX反應生成無害的氮氣（N2）和水（H2O）, 最終通過排氣管道排到大氣中。

6、整套尾氣SCR脫硝系統說明

6.1、SCR反應器系統部分

（1）混合管及傳感器部分

規格：包含NOx傳感器、壓力傳感器、尿素噴射器、內部導流結構；

脫硝混合管每段進行單獨設計、制作和安裝，為保證噴入管道中熱解后的尿素溶液充分與煙氣完全混合，提高設備脫硝效率，會根據發電機組的功率及排氣管徑定制化設計，這樣，混合氣體在通過它時會產生混流，使得混合氣體得以充分混合。

混合管示意圖

作用：

1、當發電機組排放的廢氣進入此混合管后，尿素噴射口、溫度傳感器、壓力傳感器、NOx濃度傳感器在此段檢測并傳輸數據；

2、噴射進來的尿素在此階段水解成氨氣（NH3），并通過內部導流結構進行充分混合；

（2）SCR反應器

SCR反應器示意圖

作用：

此項目不需要ASC催化劑，SCR反應器過濾發電機組排放的廢氣，反應器通過獨特的結構設計，內部裝有催化劑反應模塊，當混合后的其他進入到反應器內部，溫度及其他條件符合發生化學反應的條件時，化學反應即在催化劑載體上發生，從而達到對有害其他的反應去除。

（3）催化劑：

規格：中溫釩基催化劑;

在催化劑選擇方面，我們選取多孔、纖維強化的載體。載體上均勻浸滿活性成分，經過獨特的制造工藝，形成輪廓分明和受控的三態孔結構，保證反應物充分達到所有催化活性位。

催化劑模塊圖片：

蜂窩式催化劑及封裝示意圖

高催化劑活性：多孔結構為催化劑提供了大的內表面積，提供大量活性位，保證催化劑高活性。

非常高的抗毒性：優化的多空結構使得催化劑具有吸收大量毒物的能力而不會引起活性降低。

對熱沖擊和機械沖擊的高耐受力：催化劑的纖維強化使得催化劑具有結構靈活性，并且使其對熱沖擊具有高耐受性。加上高孔隙度的特性，同密度更高的擠壓成型或板式催化劑相比，這一催化劑對裝置負荷的迅速變化具有極高的耐受力。

反應段設計為3+1層催化劑結構，其中，最后一層為備用層，為以后滿足更加嚴格的排放標準而準備。催化劑的模塊化可使催化劑本體更加堅固，且拆裝、維護、更換更加方便。

作用：

1、作為化學反應的承載載體，便捷安裝在SCR反應器內部；

2、降低化學反應所需的溫度并加快反應速率；

3、混合氣體中的有害氣體NO、NO2與還原劑NH3在溫度及催化劑的作用下，生成N2和H2O；

（4）尿素噴射控制系統

煙氣脫硝系統控制系統是脫硝系統最重要的部件，它通過對各種傳感器進行控制和接受反饋信息，來對尿素溶液的噴射情況，以及輔助系統進行全方位控制，對整套系統運行起著至關重要的作用。煙氣脫硝系統控制系統包括：SCR煙氣監測系統、尿素噴射系統、還原劑補給系統、清灰控制系統、遠程控制系統。

①　煙氣脫硝系統有經濟型和脫硝率兩種工作模式：

a.經濟工作模式

脫硝系統在滿足排放標準的情況下，配合精密傳感器和控制系統的計算，使尿素溶的噴射量達到標準。同時，考慮氨逃逸的限值要求。

b.脫硝率工作模式

控制系統根據催化劑效率，并結合煙氣溫度、煙氣流量、NOX含量，計算出設備極限尿素溶液匹配量，使的發電機組煙氣脫硝系統的凈化效率可滿足更加嚴格的排放指標。

②　脫硝控制系統關鍵技術設計：

煙氣脫硝系統控制系統關鍵技術設計有：集成PLC控制裝置、高精密傳感器、SCR脫硝系統控制機柜設計。

a.集成PLC控制裝置

我公司選取可編程控制器PLC作為脫硝系統的自動控制裝置，通過世界先進尿素溶液匹配計算方式編成控制軟件，并將各種輔助控制集成編譯，它具有體積小、組裝維護方便、可靠性高和抗干擾能力強等特點。

b.高精密傳感器

根據脫硝系統控制原理，我們選取高精密傳感器為控制系統服務，包括：反應器進、出口溫度傳感器、反應器進、出口NOX傳感器、煙氣流量傳感器。對煙氣進行實時監測與反饋，和控制系統一起形成脫硝系統閉環控制系統。

c.SCR脫硝系統控制機柜設計

為了讓客戶更加清楚了解設備目前工作狀態，我們設計人機界面系統，實時顯示脫硝狀態數據，煙溫狀態，尿素用量等情況，并可對脫硝系統進行遠程控制,對之前的數據進行統計記錄，控制柜設有15寸觸摸屏，采用1.7米高柜，使操作人員平視操作，且支持遠程通信，集成管理。

③　控制機柜

SCR脫硝裝置控制機柜

④　控制系統界面示例：

常規參數設定界面

⑤　SCR脫硝系統主要狀態簡介

SCR脫硝系統主要狀態有：初始化系統自檢、運行、排空、噴射、吹掃、停止。

初始化：尿素泵通電后，SCR系統處于初始化狀態，尿素泵進行相關的初始化工作，如從存儲器中讀取數據等。并對各傳感器、進行自檢，如果某傳感器故障在系統會有故障報警信息提示。

停止：初始化完成后，尿素泵自動進入停止狀態，只有當尿素控制器發送其它狀態命令或者斷電，尿素泵才離開停止狀態。如果反應器溫度在工作溫度范圍內，自動進入排空狀態。

排空：尿素泵處于停止狀態時，控制器發送排空命令可以使SCR系統進入排空狀態，在該狀態尿素泵會將尿素溶液吸入經回流管將管路與尿素泵中的空氣排出，經過60秒后，尿素泵自動進入噴射狀態。

噴射：尿素控制器將計算得到的當前尿素噴射速率信號發送給尿素泵，尿素泵控制執行機構實現尿素噴射速率。

吹掃：噴射停止時，為了避免尿素管路中殘余的尿素溶液析出結晶堵塞管路、噴嘴，控制器發出指令，吹掃電磁閥打開向噴射管道吹入壓縮空氣，將殘余的尿素溶液經噴嘴吹掃出去，為下一次工作循環做好準備。（如圖所示）