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云南SCR脱硝性能的主要影响因素
作者：www.ynsyhb.com 时间:2025-11-03 15:34  点击: 次

云南SCR脱硝性能的主要影响因素

         在SCR脱硝工艺中，影响脱硝效率的主要因素是反应温度、NH3/NOx摩尔比、反应时间、催化剂性能等。
1. 脱硝效率与反应温度的关系
目前，可以运用于电厂烟气脱硝中的SCR催化剂有很多种，而不同的催化剂对反应温度的适应能力各有差异。如果反应温度过低，催化剂活性就会降低，脱硝效率也会随之下降。如果反应温度过高，又会造成催化剂烧结，产生副反应。采用V2O5/TiO2作催化剂时，反应温度对NOx的脱除效率有较大的影响。在200-310℃范围内，随着反应温度的升高，NOx的脱除效率提高，升至310℃左右时，达到最大值(90%);随后，NOx的脱除效率随着温度的升高而下降。
烟气温度高于反应温度时，由于烧结将导致催化剂的通道与微孔发生物理变形，有效反应面积减少、加速催化剂的老化;另外，温度过高还会导致NH3直接氧化生成N2O等有害气体。在较低温度下，NH3和NO2反应生成NH4NO3，NH4NO3容易堵塞催化剂的微孔，降低催化的效率，导致催化反应无法正常进行，从而降低催化剂的活性和脱硝效率。目前SCR系统大多设定在300-400℃之间，当烟气温度偏离该区间时，应尽量停止喷氨。在SCR过程中，一方面，温度升高使NOx的脱除率升高;另一方面，温度的升高促进了NH3的氧化副反应，使NOx的脱除率下降。因此，最佳温度是这两种趋势综合影响的结果。此外，反应温度越高，部分NH3以解离态吸附到催化剂表面，NO与其反应生成N2O，催化剂的选择性降低。
 
SCR反应器入口烟温/℃

2.脱硝效率与n(NH3)/n(NOx)摩尔比的关系
NH3与NOx摩尔比对脱硝效率的影响很明显，NOx的脱除率是随着n(NH3)/n(NOx)的增加而增加的，在n(NH3)/n(NOx)<1时，其影响会变得更加明显。这个结果说明，若NH3投入量偏低，则NOx的脱除率就会受限制;若NH3投入量超过需要量，则NH3氧化等副反应速率又将会增大，从而降低了NOx的脱除效率，同时也增加了NH3的排放浓度，造成二次污染。
 
图1 氨氮摩尔比变化对脱硝效率和氨逃逸量的影响

        在低n(NH3)/n(NOx)摩尔比的情况下，NH3和NOx的反应是一级反应，提高反应气中NH3的含量，就可以增加单位质量催化剂上NH3的吸附量，从而会提高过渡态化合物的浓度，进而加快SCR反应速率。因此，在一定的空速下，NOx的脱除率随n(NH3)/n(NOx)的增加而增加。若NH3投入量超过氨在催化剂表面吸附的动态平衡容量，则有部分NH3解离，与 NO反应生成N2O或与O2反应生成NO，从而降低了NOx的脱除效率。在实际SCR过程中，烟气温度经过空气预热器后会迅速下降，NH3会与烟气中的SO2、SO3等反应生成铵盐，还会导致烟道积灰与腐蚀。另外，NH3吸附在烟气飞尘中时会影响粉煤灰的综合利用价值，同时也增加了NH3的排放浓度，造成二次污染和原料的浪费。因此，NH3的加入量必须既能保证NOx排放浓度达标，又能保证较低的氨逸出量。在SCR工艺中，一般控制n(NH3)/n(NOx)在1.2以内比较理想。
3.脱硝效率与接触时间的关系
当在n(NH3)/n(NOx)=1的条件下时，反应气体与催化剂的接触时间对脱硝效率的影响是随接触时间t的增加脱硝效率迅速增加，接触时间增至200ms左右时，脱硝效率达到最大值，随后接触时间再增加时，NOx脱除率下降。这主要是由于反应气体与催化剂的接触时间增大，有利于反应气体在催化剂微孔内的扩散、吸附、反应和产物的解吸、扩散，从而使NOx的脱除率提高，生成更多数量的过度态化合物[-V-O-(NH4)+]。但是反应气体与催化剂的接触时间过长的话，NH3与O2会发生氧化反应生成N2O，从而使NOx的脱除效率下降。
4.脱硝效率与进口NOx浓度的关系
可以以某电厂300MW燃煤锅炉烟气脱硝系统为例，NOx的脱除率与进口NOx浓度的关系可以由以下得出，在设计脱硝率为60%保持供氨量及烟气流量不变的工况下，当SCR进口NOx的浓度小于450mg/m3，脱硝效率随着进口浓度的增加而上升;当进口NOx浓度在 450mg/m3左右时，脱硝效率达到最大值;之后，随着进口NOx浓度的进一步增加，脱硝效率反而下降。
5.脱硝效率与烟气流量的关系
脱硝效率与烟气流量的关系是在保持供氨量不变的情况下，SCR反应器进口的烟气量越大，NOx的脱除率越低。这充分说明，一定体积的催化剂只能处理相对应的烟气量，否则，会导致脱硝效率下降。
6.脱硝效率与氨气消耗量的关系
脱硝效率与氨气消耗量的关系是在保证氨逃逸率符合规定值并且空速一定的情况下，SCR反应器进口的氨气供氨速率越低，NOx的脱除率越低。氨气消耗量一般用每小时消耗的纯氨质量或体积来表示。
7.脱硝效率与催化剂中V2O5含量的关系
采用自制的V2O5/TiO2催化剂考察V2O5含量对NOx脱除率的影响时，其结果是随着催化剂中V2O5含量的增加，催化剂的效率也增加，NOx脱除率提高。但是，当V2O5的含量超过6.6%时，催化效率就会反而下降，这主要是由于V2O5在载体TiO2上的分布不均造成的。随着催化剂中V2O5含量的增加，活性组分的吸收强度增大，活性吸附位数量也相应提高。此时，SCR反应速率常数增大，反应速率加快，这样在一定的空速下，NOx的脱除率就会提高。
据报道，采用XRD对钒钛催化剂的形态分布进行测试，结果表明，当V2O5质量含量在1.4%~7%时，V2O5均匀分布于TiO2载体上，呈单层分布状态，并且以等轴聚合的钒基形式存在。此时提高催化剂中TiO2的含量，单位质量催化剂中活性中心的含量也就会随之增加，SCR反应速率加快，在一定的空速下，NOx的脱除率也就增大。但当TiO2含量超过6.6%时，TiO2在载体TiO2上形成新的结晶区，即TiO2结晶区域出现TiO2微晶区，这将会导致催化剂表面TiO2活性中心数量降低，SCR反应速率降低，从而就降低了催化剂的活性。
8.脱硝效率与催化剂体积的关系
催化剂的质量和反应条件决定了烟气脱硝系统的性能。在反应器中催化剂的体积越大，NOx的脱除效率越高，同时氨的逸出量越少，但是SCR工艺的投资也会显著增加，系统的阻力也会增大。因此，在SCR系统的设计中，化剂体积是一个很重要的参数。在给定NOx脱除率和氨的逸出量的情况下，所需的催化剂体积是由NOx的入口浓度所确定的;当NOx的入口浓度和氨的逃逸量一定时，所需的催化剂体积主要取决于系统所需的NOx脱除率。催化剂的体积也取决于催化剂的可靠寿命，因为催化剂的寿命受很多不利因素的影响，
如中毒和固体物的沉积等。对SCR系统进行设计时，需考虑在催化反应器的入口处烟气速率的均匀分布烟气和氨气的混合。研究表明，注氨格栅、NH3/NOx混合器、烟道的尺寸与走向等都可对SCR系统产生较大的影响。因此，在确定最初的催化剂体积时，应适当考虑催化剂体积的裕量，同时还需要考虑反应器中有效区域的变化。
9.运行时间对脱硝效率的影响
随着机组运行时间的延续，由于各种因素的影响，催化剂的性能逐渐降低。因此，催化剂活性降低后，为了维持较高的脱硝效率，一般要求2~3年要增加或更换催化剂层。
10.NH3/NOx的混合效果对脱硝效率的影响
NH3/NOx的混合效果是SCR装置设计和运行中的重点和难点。在喷氨前后采取适当的措施，可以不同程度地提高NH3/NOx的混合效果。
11.其他因子的影响
（1）SCR压降与烟气流量的关系
SCR压降与烟气流量的关系是随着进口烟气流量的增大，SCR反应器进出口压降就会随之上升。
（2）孔间距与催化剂层压降的关系催化剂发展的初期，采用的是7.5mm间距的催化剂，而随着催化剂生产技术的发展已经能够生产出高性能、小孔距(3mm)的催化剂。关键是催化剂孔间距尺寸的减小后烟气流经催化剂层时产生的压降会随之增加。
（3）水对SCR反应的影响
水对SCR反应具有较强的抑制作用，条件不同，水对不同种类的催化剂产生的抑制作用是不同的。随着水分的增加，催化剂的活性也就会受到不同程度的影响，总的趋势是，水分越大，催化剂的NOx转化率越小。按受到水抑制作用大小的顺序排列为:过度金属氧化物催化剂、贵金属催化剂、钒氧化物催化剂。但适量水蒸气的加入，对催化剂也就起到了清洁和调节表面、打通内孔道的作用，同时起到了恢复和提高催化性能的作用。
（4）飞灰对SCR反应的影响
飞灰不但对催化剂造成磨蚀，并会沉积在催化剂上，引起催化剂堵塞。因此，设计时要采取措施减少飞灰含量，同时要安装吹灰器对催化剂进行定期吹扫，保证化剂活性，减少飞灰对 SCR反应的影响。
（5）燃料特性对SCR设备的影响
近来，在不同的燃烧过程中应用SCR技术的实践已经证明，燃料的特性对SCR装置的影响很大。通常使用的燃料，如气体燃料、油或煤等，燃烧所产生的灰、煤烟、硫等含量不同程度地影响SCR装置的基本设计，包括影响催化剂的孔间距，结构的材料、总体尺寸和设备布局等。同时，特殊的燃料特性，例如对催化剂有害的物质、异常的微量元素及颗粒物的存在，都会影响有关设备的设计。
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