燃煤電廠是我國電力資源的主要來源，對于我國經濟發(fā)展具有重要作用。燃煤過程中容易產生許多環(huán)境污染物。氮氧化物是燃煤過程中產生的污染物之一，其對酸雨、溫室效應、光化學反應等都具有影響，嚴重污染環(huán)境。本文對燃煤煙氣中氮氧化物脫除的技術選擇性催化還原法(SCR)進行分析，對SCR技術的原理和發(fā)生過程進行分析，并對催化劑效率的影響因素進行探討，為SCR技術研究和實踐應用提供參考。
我國的一次能源中有70%-80%的能源是由煤炭提供，尤其是電力資源。目前，我國電網中的電力資源絕大部分是通過燃煤電廠提供，煤炭在燃燒過程中產生大量的污染物。氮氧化物(NOx)是在煤炭燃燒中產生的，相關的研究已經證實NOx對環(huán)境具有較大的影響，不僅和酸雨、光化學煙霧有關，同時也是誘導溫室效應和光化學反應的主要物質。據相關數(shù)據統(tǒng)計顯示，燃燒1t的煤炭可以產生約20-30kg的氮氧化物。因此，采取相關的措施減少電廠NOx的排放量對于改善環(huán)境具有重要的影響。減少氮氧化物的排放的主要途徑可以分為兩大方面：其一改善燃煤結構，燃燒優(yōu)質煤，從源頭降低NOx生成。其二，通過氧氣脫硝裝置吸收或者還原氧氣中的NOx。本文主要針對第二種方式進行說明。
氧氣脫硝方法是目前國際上使用較多的用于減少環(huán)境中NOx的方法。具有很高的脫硝率，符合環(huán)保指標排放要求。在使用的所有方法中，選擇性催化還原脫硝法(SCR)的脫硝效率可以達到90%以上，具有較好的應用前景。目前，此技術相關的專利都屬于國外，我國在相關的技術和設備的應用市場占有率較低，為了提升我國對于SCR的研究水平，進行SCR煙氣脫硝分析是十分必要的。本文主要針對SCR煙氣脫硝技術展開，首先介紹了SCR煙氣脫硝的基本原理和控制步驟，進而對影響脫硝催化劑效率的因素進行探討分析。
2SCR煙氣脫硝基本原理
SCR煙氣脫硝技術就是利用還原劑選擇性地將煙氣中的NOx反應生成對環(huán)境無害的無機小分子物質氮氣和水。
SCR煙氣脫硝技術中應用的還原劑一般為碳氫化合物，應用較多的是氨氣，氨氣作為還原劑的條件下，主要發(fā)生的反應如下：
由于燃煤煙氣中的NOx主要為NO，因此SCR煙氣脫硝反應中主要發(fā)生上述的第*個反應。在沒有催化劑的條件下，NOx和NH3也可以發(fā)生化學反應，不過只能在相對較窄的溫度范圍內進行，一般在930℃左右。通過選擇合適的催化劑，有效的降低反應溫度，提升反應的效率，在使用催化劑的條件下，上述反應可以在電廠的合適溫度范圍內反應(300℃-400℃)。SCR煙氣脫硫過程除了存在上述反應過程，還會發(fā)生以下副反應。
上述副反應的存在會對SCR技術的脫硝效率產生一定的影響，降低催化劑的選擇性和收率。
3SCR煙氣脫硝過程的控制步驟
SCR煙氣脫硫的反應過程主要包含以下幾個階段：
(1)外擴散過程。外擴散即反應物逐漸向催化劑外表面擴散的過程.即氮氧化物和氨氣從氣相主體中擴散到催化劑外表面的過程。
(2)內擴散過程。催化劑的活性中心一般存在于催化劑的內表面上，因此反應物需要在內表面的活性中心吸附才能發(fā)生反應。反應物質從催化劑外表面向內表面擴散的過程為內擴散過程。
(3)吸附過程。反應物在活性中心吸附的過程。
(4)催化反應。吸附在活性中心的反應物，在催化劑活性中心和一定溫度下發(fā)生催化反應，氮氧化物分解生成氮氣和水。
(5)脫附過程。反應產物從活性中心脫離的過程。
(6)內擴散過程。反應產物從活性中心脫附后通過催化劑的內表面向外表面擴散的過程。
(7)外擴散過程。反應產物從催化劑外表面向氣相主體中進行擴散傳質的過程。
以上七個步驟可以分為三大類：外擴散、內擴散及表面反應(吸脫附反應較快)。外擴散主要與氣相主體的流速有關，影響床層流速的宏觀原因主要有床層積灰，加強吹灰操作可以有效降低床層積灰現(xiàn)象，降低積灰對流速影響。但如果存在較大的積灰不容易被吹走，如果不能進行有效處理，會引起催化劑床層塌垮。內擴散主要與催化劑的孔道結構有關，主要是由催化劑的制備和設計影響，催化劑設計和制備不合理，可能加大內擴散的影響。而表面反應主要與催化劑性質及反應溫度有關，主要與參數(shù)的調節(jié)和催化劑制備過程有關。在實際過程中，如果不能進行有效的處理，內外擴散和表面反應都有可能成為整個反應過程的控制步驟
4SCR煙氣脫硝效率和催化劑活性的主要影響因素
SCR煙氣脫硫能力的主要指標是脫硝的效率。脫硫效率的主要影響因素有反應溫度、煙氣中氨氣和氮氧化物的比例、空速、氮氧化物濃度等。
(1)反應溫度的影響
反應溫度對于催化劑的效率和活性都存在聯(lián)系，催化劑的效率和活性隨溫度的變化規(guī)律一致，即均在200℃-400℃之間隨溫度增加而增加，在200-300溫度范圍區(qū)間的增長速度*快，活性和效率均在400℃時達到*大值。而溫度大于400℃時，活性和效率均降低。
(2)氨氮摩爾比的影響
氨氮摩爾比是評價SCR工藝經濟性的技術指標。在相同的脫硝效率下，氨氮摩爾比越大，其經濟性越低。圖1是脫硝效率與氨氮摩爾比的關系，圖中看出，隨著氨氮摩爾比的增加，脫硝效率先增加而后降低，*大值處在氨氮摩爾比為1.05的位置。至于氨氣的逃逸率，在氨氮摩爾比小于1時，逃逸率的變化幅度較小，氨氮摩爾比大于1時，逃逸率的變化呈現(xiàn)拋物線函數(shù)增加。因此，一般情況下，氨氮的摩爾比一般設置在0.9-1.05的范圍內。
圖1脫硝效率與氨氮摩爾比的關系
(3)NOx濃度的影響
氨氣含量不變的情況下，煙氣脫硝效率隨著NOx濃度的升高而降低。氨氣含量不變，氮氧化物含量增加使得氮氧化物的摩爾比下降，導致*終的效率下降。
(4)空速的影響
空速是化學反應的動力學指標，關乎催化劑的處理能力?？账偌磫挝粫r間內處理的氣體體積量與催化劑裝填體積的比例。脫硝效率隨著空速的增加而逐漸降低?？账僭黾樱磻镌诜磻髦械谋Ａ魰r間較短，反應不充分，導致效率下降。
煙氣中氮氧化物對于環(huán)境存在嚴重的影響，電廠進行煙氣脫硝對于環(huán)境保護和提升企業(yè)的社會責任都具有積極的作用。通過對SCR煙氣脫硝技術的概述，可以有效地為SCR技術的研究和實踐應用提升參考。
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