一、SCR脱硝技术原理

1.核心反应：在催化剂的作用下，向含有氮氧化物的烟气中喷入还原剂（通常是尿素水溶液），将氮氧化物选择性还原为无害的氮气和水蒸气。

2.主要化学反应：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O(主要反应)

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O(快速反应，效率更高)

3.“选择性”：指还原剂氨优先与烟气中的NOx反应，而不是与氧气或其他成分发生大量反应。

4.催化剂作用：催化剂是SCR技术的核心，它降低了反应的活化能，使反应在相对较低的温度下（通常工业锅炉SCR的“温度窗口”在280°C-420°C）能够高效、快速地进行。

     二、SCR脱硝系统主要设备组成

一个完整的工业锅炉SCR脱硝系统通常包括以下几个关键子系统：

1.还原剂储存与供应系统：

尿素溶液方案：尿素储罐、尿素溶液输送泵、计量/喷射装置。安全性高于液氨。

2.喷氨系统：

喷氨装置：安装在SCR反应器上游烟道内，由多根带有喷嘴的管道组成，确保氨气在烟道截面上均匀分布。

流量控制阀、调节阀：根据烟气流量、NOx浓度和设定的脱硝效率，精确控制喷入的还原剂量。

3.SCR反应器：

主体结构：大型钢制箱体，内衬防腐耐磨材料（如耐火浇注料），内部安装催化剂模块。

催化剂层：核心部分，由多个模块化的催化剂单元组装而成。催化剂通常以蜂窝状、板式或波纹板式结构排列，提供巨大的反应表面积。根据设计需要，可设置单层或多层催化剂（预留层用于未来添加或更换）。

吹灰系统：工业锅炉烟气通常含有大量粉尘（飞灰），易在催化剂表面沉积堵塞。反应器需配备有效的吹灰器：

催化剂检测与更换装置：方便定期检测催化剂活性，并在寿命到期或失效时进行更换（通常采用模块化设计，用吊车整体吊装）。

4.烟气系统：

烟道：连接锅炉出口、SCR反应器、空气预热器/除尘器/脱硫塔等下游设备的管道系统。

导流板/均流装置：在反应器入口前设置，确保烟气在反应器截面上流速均匀分布，避免偏流影响脱硝效率和催化剂磨损。

旁路系统：在锅炉启停或烟气温度过低/过高超出催化剂允许范围时，将烟气暂时旁路绕过SCR反应器，保护催化剂。工业锅炉启停相对频繁，旁路系统很重要。

5.控制系统：

DCS/PLC控制系统：整个SCR系统的“大脑”，实现自动化运行。

关键监测仪表：反应器入口/出口NOx浓度分析仪、氨逃逸监测仪（非常重要，控制过量喷氨）、烟气流量计、温度传感器、压力变送器、O2分析仪等。

控制逻辑：根据入口NOx浓度、烟气流量、设定脱硝效率计算出所需氨气量，并实时调节喷氨量，同时监控氨逃逸在允许范围内（通常<3ppm或更低）。

       三、工业锅炉应用SCR的特殊考虑

相比大型电站锅炉，工业锅炉应用SCR技术面临一些独特挑战，设备选型和设计需特别注意：

1.烟气温度：

挑战：工业锅炉（尤其燃煤链条炉、生物质炉等）的排烟温度普遍低于大型煤粉炉，通常在150°C-250°C之间，甚至更低。这低于常规钒钛钨系催化剂的最佳活性窗口（300°C-400°C）。

解决方案：

选用低温催化剂：开发或选用能在更低温度（如180°C-300°C）下保持较高活性的催化剂（如改性钒基、锰基、沸石分子筛等），这是目前的主要发展方向。

省煤器旁路/分级省煤器：通过调整锅炉尾部受热面设计，提高进入SCR反应器的烟气温度。

烟气再热：在SCR反应器前增设烟气换热器（GGH）或燃料/蒸汽加热器，提高烟气温度。但会增加系统复杂性和能耗。

2.空间限制：

挑战：工业锅炉房通常空间紧凑，难以容纳大型SCR反应器和复杂的辅助系统。

解决方案：

紧凑型设计：优化反应器结构、催化剂模块设计，减小占地面积。

模块化预制：在工厂完成主要部件的模块化预制，减少现场安装时间和空间需求。

因地制宜布置：充分利用锅炉房外部或屋顶等空间。

3.烟气成分复杂性：

挑战：工业锅炉燃料多样（煤、生物质、燃气、燃油、废弃物等），烟气成分复杂多变，可能含有较高浓度的SOx、碱金属（K,Na）、重金属（As,Pb,Zn）、磷、卤素（Cl,F）以及不完全燃烧产生的碳氢化合物、焦油等。这些物质易导致催化剂中毒（化学失活）、堵塞（物理失活）或烧结。

解决方案：

燃料预处理：如生物质燃料的清洗去除部分碱金属。

催化剂配方优化：选择抗中毒能力强的催化剂（如针对生物质锅炉的专用抗碱金属催化剂）。

加强烟气预处理：确保在SCR前有高效的除尘（如布袋除尘器）和脱硫（尤其高硫燃料），减少飞灰和SO2/SO3对催化剂的影响。

强化吹灰：采用更高效的吹灰方式和频率。

预留催化剂层/备用层：便于更换或增加催化剂。

4.负荷波动性：

挑战：工业锅炉负荷变化可能比电站锅炉更频繁和剧烈，导致烟气流量、温度、NOx浓度波动大，对SCR系统的控制稳定性提出更高要求。

解决方案：设计更先进、响应更快的控制系统（如基于模型预测控制），优化喷氨策略，确保在各种工况下都能有效控制NOx和氨逃逸。

       四、SCR技术优缺点

优点：

脱硝效率高：最高可达90%以上，是目前效率最高的成熟脱硝技术。

技术成熟可靠：在电站锅炉上应用广泛，技术成熟度高。

反应产物无害：主要产物是N2和H2O，无二次污染。

适用于高浓度NOx：对入口NOx浓度的适应性较好。

缺点：

投资和运行成本高：催化剂成本占比大，系统复杂。

催化剂易中毒、堵塞、磨损：对烟气条件和粉尘含量敏感，需维护保养和定期更换（寿命通常3-5年）。

氨逃逸风险：控制不好会导致下游设备（空预器、除尘器）堵塞腐蚀，并产生新的污染物（铵盐气溶胶）。

温度要求严格：对烟气温度敏感，低温时需要额外措施或催化剂。

存在SO2氧化问题：催化剂会将部分SO2氧化为SO3，与逃逸氨生成硫酸氢铵，造成堵塞腐蚀风险。

随着低温催化剂技术的不断进步和成本的逐步降低，SCR在工业锅炉领域的应用前景将更加广阔，是助力工业企业实现绿色低碳发展和满足日益严格环保法规的关键技术之一。