第一節　SCR煙氣脫硝系統

一、SCR脫硝工藝

（一）SCR法反應原理

在催化劑作用下，反應溫度250～450℃和O₂存在條件下，用氨作為還原劑，將煙氣中的NO_x還原為N₂，SCR法煙氣脫硝技術的主要反應方程式如下：

　　（3-1）

　　（3-2）

　　（3-3）

　　（3-4）

反應溫度230～450℃；一般應用溫度320～400℃；轉化效率在70%～90%之間。

其中式（3-1）和式（3-3）是主要的反應過程，因為煙氣中90%以上的NO_x是以NO形式存在的。在反應過程中，由于NH₃可以選擇性地和NO_x反應生成N₂和H₂O，而不是被O₂所氧化，因此反應被稱為具有“選擇性”。工業應用中SCR法常用的還原劑有氨水、液氨和尿素，在用尿素做還原劑時通常是采用熱解或水解的方法將尿素溶液熱解為含有NH₃的氣體再噴入到SCR反應室煙道中。

（二）SCR工藝組成及特點

1.工藝組成

SCR系統包括帶催化劑的SCR反應器、氨噴射系統、吹灰系統、煙道、氨儲備供應系統等。

2.工藝特點

①脫硝效率高，一般大于80%；

②溫度范圍大，300～420℃適合于大多數催化劑；

③NH₃逃逸量低，在3×10^-6以下；

④系統簡單，設備可用率≥95%；

⑤適用煤種廣，煙氣量范圍大；

⑥還原劑來源廣，價格便宜；

⑦脫硫生成物為N₂，不產生二次污染；

⑧工程造價低，除少量儀表進口外，其余設備已實現國產化。

3.SCR系統的工藝流程

氨供應系統包括從液氨槽車出口→壓縮機→液氨儲罐→液氨供應泵→液氨蒸發器→氨氣緩沖槽→氨/空氣稀釋混合器→氨注射柵格的全部管路、設備、儀表、閥門及配套附件。此套系統提供氨氣供脫硝反應使用。液氨的供應由液氨槽車運送，利用液氨卸料壓縮機將液氨由槽車輸入儲氨罐內，通過重力或壓力將儲槽中的液氨輸送到液氨蒸發器內蒸發為氨氣，經壓力控制閥控制一定的壓力并經脫硝自動控制系統控制其流量，然后與稀釋空氣在混合器中混合均勻，再送達脫硝裝置中。為降低初投資和運行成本，經技術經濟比較后采用液氨制備還原劑。設計方案采用壓縮機卸載液氨，液氨儲罐容量按每天運行24h，連續運行14天的消耗量考慮。氨制備和供應系統配備兩個氨泵，用于當冬天室外氣溫極低時作為液氨儲罐向蒸發器的供液，氨泵設計為一用一備。液氨的汽化采用帶電加熱器的蒸發器，蒸發器按兩用一備設計。氨供應系統就地設置有氨氣泄漏檢測儀等安全設備。

4.SCR性能指標

加裝SCR裝置后，其性能必須達到設計要求，性能保證基于以下條件：

①鍋爐燃用設計煤種并能滿足校核煤種。

②鍋爐正常負荷范圍內，SCR反應器入口煙氣溫度為300～420℃。

③SCR反應器入口NO_x濃度不超設計值。

④SCR系統性能相關的關鍵設備（如噴氨格柵、整流導流裝置、催化劑、氨的流量控制裝置、吹灰器等）要滿足要求。

5.SCR的技術參數

（1）實際干煙氣中NO_x的濃度

式中，NO_x為標準狀況，實際干煙氣氧含量下NO_x濃度，mg/m³；NO為實測干煙氣中NO體積含量，μL/L；0.95為按照經驗數據選取的NO占NO_x總量的百分數（即NO占95%，其余NO_x占5%）；2.05為NO_x由體積含量μL/L轉換為mg/m³的轉換系數。

修正到標況下氧含量為6%時的干煙氣中NO_x的濃度：

式中，NO_x（mg/m³，6%O₂）為修正到標準狀況下氧含量為6%時的干煙氣中NO_x排放濃度，mg/m³；O₂為實測干煙氣中氧含量，%。

通常提到的NO_x一般是指修正到標準狀況下氧含量為6%時的干煙氣中NO_x濃度。

（2）脫硝效率　（有時也稱NO_x脫除率）

式中，C₁為脫硝系統運行時脫硝反應器入口處煙氣中NO_x含量，mg/m³；C₂為脫硝系統運行時脫硝反應器出口處煙氣中NO_x含量，mg/m³。

（3）氨的逃逸率　氨的逃逸率是指在脫硝裝置反應器出口煙氣中氨的濃度。

（4）SO₂/SO₃轉化率

式中，SO_3出口為SCR反應器出口6%O₂含量、干煙氣條件下SO₃體積含量，μL/L；SO_3入口為SCR反應器入口6%O₂含量、干煙氣條件下SO₃體積含量，μL/L；SO_2入口為SCR反應器入口6%O₂含量、干煙氣條件下SO₂體積含量，μL/L。

6.SCR脫硝工藝設計

SCR脫硝工藝設計考慮的主要因素包括：煙氣的溫度、飛灰特性和顆粒尺寸、煙氣流量、中毒反應、NO_x的脫除率、煙氣中SO_x的濃度、壓降、催化劑的結構類型和用量等。脫硝還原反應一般在280～420℃溫度范圍內進行，此時催化劑活性最大，所以SCR反應器宜布置在鍋爐省煤器與空預器之間，也稱為高含塵布置。與脫硝還原反應同時發生的副反應所生成的NH₄HSO₄會附著在催化劑或空預器冷段換熱元件表面上，導致脫硝效率降低或空預器堵塞。為減小氨鹽對脫硝催化劑和空預器的影響，設計時需控制氨的逃逸和SO₂氧化成SO₃的量。氨的過量和逃逸取決于NH₃/NO_x摩爾比、工況條件和催化劑的活性用量。此工程氨的逃逸率不大于3×10^-6。高活性的催化劑將導致SO₂氧化生成SO₃，此項目催化劑選型設計需要控制SO₂氧化生成SO₃的轉化率不大于1%。催化劑結構選型上充分考慮煙氣灰塵濃度偏高的特性，合理選擇催化劑的節距，以適應高飛灰運行條件。綜合考慮經濟性與安全性因素，高飛灰的燃煤機組推薦選擇蜂窩式催化劑。

二、催化劑

（一）SCR脫硝催化劑種類

SCR煙氣脫硝技術的關鍵是選擇優良的催化劑。SCR催化劑應具有活性高、抗中毒能力強、機械強度和耐磨損性能好、具有合適的操作溫度區間等特點。SCR催化劑可以根據原材料、結構、工作溫度、用途等標準進行不同的分類。

1.蜂窩式、板式和波紋式SCR脫硝催化劑

按結構不同SCR脫硝催化劑分為蜂窩式（見圖3-1）、板式（見圖3-2）和波紋式（見圖3-3）。

蜂窩式催化劑屬于均質催化劑，以TiO₂、V₂O₅、WO₃為主要成分，催化劑本體全部是催化劑材料，因此其表面遭到灰分等的破壞磨損后，仍然能維持原有的催化性能，催化劑可以再生。蜂窩式是目前市場占有份額最高的催化劑形式，它是以Ti-W-V為主要活性材料，采用TiO₂等物料充分混合，經模具擠壓成型后煅燒而成。其特點是單位體積的催化劑活性高，達到相同脫硝效率所用的催化劑體積較小，適合灰分低于30g/m³、灰黏性較小的煙氣環境。

2.SCR脫硝高溫型和低溫型催化劑

按工作溫度不同催化劑分為高溫型和低溫型。高溫型催化劑以TiO₂、V₂O₅為主要成分，適用工作溫度為280～400℃，適用于燃煤電廠、燃重油電廠和燃氣電廠。低溫型催化劑以TiO₂、V₂O₅、MnO為主要成分，適用工作溫度為大于180℃，適用于燃油、燃氣電廠。

SCR低溫催化劑可分為4類：貴金屬催化劑、分子篩催化劑、金屬氧化物催化劑和碳基材料催化劑。

（1）貴金屬催化劑

貴金屬催化劑低溫催化活性優良，對NO_x還原及對NH₃、CO氧化均具有很高的催化活性，因此在SCR過程中會導致還原劑大量消耗而增加系統運行成本。此外，催化劑造價昂貴，易發生氧抑制和硫中毒。

在貴金屬催化劑的制備方面，研究者不僅要考慮到貴金屬活性組分的種類，還要考慮到所用載體的種類問題。在（NH₃+H₂）-NO條件下，對Ag/Al₂O₃進行了SCR研究，結果表明，在低溫范圍內，同時有O₂和H₂存在的情況下，該催化劑的活性能得到很大程度的提高。就ZrO₂及SnO₂對SCR催化劑Pt/Al₂O₃催化活性的影響進行研究，此外，關于不同還原劑對SCR反應的影響也進行了探討。研究結果指出，當采用C₃H₆為還原劑時，在250℃左右，ZrO₂和SnO₂的添加，可以有效提高NO_x的轉化率，同時還可以減少N₂O的產生；但是隨著反應溫度的升高，NO_x的轉化率反而會降低。在對尿素選擇性催化還原NO研究的過程當中，添加了0.5%的H₂，便使催化劑Ag/Al₂O₃的催化活性大大增強。研究結果還指出，在200～500℃溫度范圍內，體積空速為75000h^-1時，Ag/Al₂O₃表現出最高的選擇性催化還原活性，NO的轉化率可達84%以上，而且還沒有N₂O生成。對富氧條件下硫酸鹽摻雜Pd/ZrO上進行的CH₄選擇性催化還原NO的過程進行研究時，研究結果表明，隨著硫酸鹽的摻雜，使得Pd/ZrO的化學結構發生了重要變化，從而使得該催化劑的催化活性和選擇性都明顯增強。

（2）分子篩催化劑

分子篩催化劑因具有較高的催化活性和較寬的活性溫度范圍而在SCR脫硝技術中受到關注。分子篩的類型是影響分子篩催化劑活性的重要因素。此外，與分子篩進行離子交換的金屬類型也影響分子篩催化劑的活性。分別用Ru、Rh、Pd、Ir和Pt進行離子交換的MFI分子篩中，Pt-MFI催化活性較高。

Cu-ZSM-5和Fe-ZSM-5是常用的分子篩催化劑，但催化劑的低溫活性不高、水抑制及硫中毒等問題阻礙了其工業應用。故而，對傳統的分子篩催化劑進行修飾和改性以及開發低溫活性好、高抗硫毒和水抑制能力的新型分子篩催化劑是近些年研究的重點。分子篩催化劑的制備條件或制備方法影響其催化活性和選擇性，因此通常需要對催化劑進行預處理。Pt離子交換后的ZSM-5分子篩在測試其活性之前經H₂和He處理，結果表明，催化活性顯著高于經O₂處理后的樣品，同時具有較高的選擇性。近兩年來用其他金屬元素交換的分子篩催化劑也顯示出了優良的低溫活性和高脫NO_x效率。研究了微波Ga-A型分子篩催化劑的活性，結果顯示，在φ（O₂）=14%～19%，溫度為80～120℃時，脫硝率高達95.45%，因而是一類頗有研究開發價值的新型分子篩催化劑。

與貴金屬催化劑相比，高溫下分子篩催化劑具有較好的活性和選擇性，但H₂O和SO₂存在時容易失活。MFI、MOR、FER和FAU分子篩分別用Co進行離子交換，當存在SO₂時所得催化劑的催化活性基本喪失。Cu-MFI催化劑在銅離子交換量達到一定值時NO_x脫除率可達到80%以上，但反應氣體中有7%～10%（體積分數）的水時，又可使Cu-MFI催化劑幾乎完全失活。

（3）金屬氧化物催化劑

在SCR技術中常用的為金屬氧化物催化劑，同時該種技術也較為成熟。金屬氧化物有V₂O₅、Fe₂O₅、CuO、CrO_x、MnO_x、MgO和NiO等。在眾多的金屬氧化物催化劑中研究和應用最多的是V₂O₅/TiO₂、V₂O₅-WO₃/TiO₂或V₂O₅-WO₃/TiO₂，這些催化劑被用于300～400℃的傳統SCR裝置中，具有較高的催化活性。單一金屬氧化物型催化劑還原NO活性不高，高溫下不穩定。復合金屬氧化物經組成、結構的調節和控制，通過穩定一些活性物質，催化活性可得到明顯改善。其中常用的方法是將氧化物活性組分通過浸漬負載到氧化物載體上。復合金屬氧化物的表面經活化處理，還具有較高的熱穩定性。

因此，目前工程中應用的SCR催化劑有非負載型金屬氧化物催化劑、以TiO₂為載體的金屬氧化物催化劑和以Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂等為載體的金屬氧化物催化劑。其中，傳統的負載型金屬氧化物催化劑主要以V₂O₅為主劑，以MoO₃、WO₃和MoO₃為輔劑構成的復合氧化物作為活性成分。但是，這些催化劑需要的起活溫度較高，在低溫范圍大都活性較低，故很難達到實際應用要求。

（4）碳基材料催化劑

碳基材料催化劑是指以碳基材料為載體的催化劑。碳基材料提供了大的表面積微孔結構，具有強烈的吸附性，其化學穩定性良好、活性小，具有優良的熱導性。

國內外不少學者嘗試以各種碳材料及其改性材料作為載體負載金屬氧化物制備碳基催化劑。結果顯示出了良好的低溫選擇催化還原特性。當采用活性炭作為載體的時候，通常采用Mn₂O₃、V₂O₅作為活性組分，特點是其最佳反應溫度通常比較低，在100～200℃，NO_x的最高轉化率能達到90%以上。

實踐表明，將催化劑負載于碳基載體后，催化劑的活性和穩定性均有顯著提高。故對新型碳基催化劑的研究一直是熱點問題。

（二）SCR脫硝催化劑應用中的問題及解決方法

脫硝催化劑是SCR系統中最關鍵的部分，其類型、結構和表面積對脫除NO_x效果都有很大影響。在SCR系統的運行過程中，下列因素都會導致催化劑的活性降低。

1.燒結

長時間暴露于450℃以上的高溫環境中可引起催化劑燒結，導致催化劑中TiO₂晶形發生變化，顆粒增大、表面積減小，活性降低。加入WO₃可最大限度地減少催化劑的燒結。

2.堿金屬中毒

如果堿金屬離子（Na⁺、K⁺等）直接與催化劑接觸，會使催化劑活性逐漸降低。其機理是吸附在催化劑活性位置上的堿金屬離子占據了催化劑表面酸性位，降低了催化劑活性。因此，在催化劑設計中，應考慮堿金屬對催化劑的影響，增加設計裕度。

3.砷中毒

As中毒主要是由煙氣中的氣態As₂O₃引起的。As₂O₃擴散進入催化劑內部孔道中，并在催化劑的毛細孔中發生毛細凝結，或者與催化劑的活性位發生反應從而引起催化劑活性降低。一般來說，在干法排渣鍋爐中，催化劑砷中毒不嚴重。但是在液態排渣鍋爐中，由于靜電除塵器后的飛灰再循環，催化劑砷中毒是一個嚴重的問題。因此，在催化劑制備過程中，應采用控制催化劑孔分布的方法，使催化劑內孔分布均勻，以控制毛細孔分布數量來減少“毛細冷凝”。另外，可在催化劑中加入MoO₃，以MoO₃與氣相As₂O₃反應來減少As中毒。

4.鈣的影響

飛灰中游離CaO與SO₃反應形成的CaSO₄可吸附在催化劑表面，從而阻止了反應物向催化劑表面擴散并進入催化劑內部。催化劑制造商多通過控制催化劑內部孔徑分布和采用適當節距等方法來減少CaSO₄對催化劑的影響。

5.催化劑堵塞

催化劑的堵塞（見圖3-4）主要是由于銨鹽及飛灰的小顆粒沉積在催化劑小孔中，阻礙NO_x、NH₃、O₂到達催化劑活性表面，引起催化劑鈍化。可以通過調節氣流分布，選擇合理的催化劑間距和單元空間，并使進入SCR反應器煙氣的溫度維持在銨鹽沉積溫度之上，以防止催化劑堵塞。對于高灰段SCR工藝，為了確保催化劑通道通暢，應安裝吹灰器。在過去，蒸汽吹灰器采用比較多，現在聲波吹灰器逐漸取代了蒸汽吹灰器。美國從2015年開始，吹灰炮用量激增，采用吹灰炮取代蒸汽吹灰器效果較好；如今聲波吹灰器和吹灰炮相結合的方式效果較佳。

6.飛灰侵蝕

催化劑的侵蝕、磨損主要是由于飛灰撞擊在催化劑表面造成的。磨蝕強度與氣流速度、飛灰特性、撞擊角度及催化劑本身特性有關。降低磨蝕的措施：一是采用耐腐蝕催化劑材料，對催化劑頂端進行處理從而提高催化劑邊緣硬度；二是利用計算流體動力學流動模型優化氣流分布；三是在垂直催化劑床層安裝氣流調節裝置等方法來解決。

（三）催化劑活性測試及管理方法

為了讓脫硝催化劑能更長地發揮作用，使用了以下所示方法來保持催化劑狀態及進行管理。

1.定期檢修對SCR脫硝反應器內檢查和清掃

對催化劑以及整流板等反應器內結構件的粉塵堆積狀況進行檢查，并實施堆積粉塵的清除。粉塵清除工作以抽吸作業為主，因為催化劑嚴禁沾水，所以粉塵清除工作不能進行水洗作業。

粉塵堆積量在催化劑層的各個位置有很大差異時原因很多，具體的有煤種引起的從鍋爐飛來的類似爆玉米花顆粒等大顆粒灰，也可能是反應器設計、施工方面的問題，需要綜合考慮分析。

另外在定期檢修時，對安裝在位于SCR脫硝反應器下游方向的回轉式空預器換熱元件也要實施檢查。如換熱元件上面的粉塵堆積過多或下面的換熱元件局部腐蝕像圓筒形狀時，可能不單是催化劑性能的劣化造成的，而是脫硝反應器上游方向的供給、混合的氨氮摩爾比局部過高或混合不均勻，導致過剩的氨流到下游方向，對此需要特別注意。

2.使用催化劑測試塊的SCR催化劑性能試驗

為了評價SCR脫硝催化劑的老化速度，在結構設計上每層催化劑均裝有試驗試塊，通過定期抽取催化劑測試塊，并使用催化劑廠家提供的活性試驗裝置對抽取的測試模塊性能進行物理化學試驗，作出評價，以正確把握SCR脫硝催化劑的性能，有助于整個脫硝裝置的性能管理。催化劑試驗模塊如圖3-5所示。

活性試驗裝置因為連接著空氣壓縮機、氮氣發生裝置和各種煙氣成分瓶，可以調整得到和實際煙氣相同組成的合成煙氣，并且可以模擬和實際完全相同煙氣溫度、組成、流速等運行煙氣條件。這個裝置的外觀照片如圖3-6所示。

3.運行中的定期管理

SCR脫硝反應器前后的煙氣流速和氨氮摩爾比的分布和催化劑的脫硝性能有很大關系，在長期運行后，這些分布有漸漸發生變化的可能性。為了把握這些分布的長期變化，應定期委托有資質的試驗單位實施運行中的分布均布試驗。

（四）催化劑再生

2014年8月5日環辦函［2014］990號關于加強廢煙氣脫硝催化劑監管工作的通知將廢催化劑定性為危險廢物。環境保護部公告2014年第5號《廢煙氣脫硝催化劑危險廢物經營許可證審查指南》指出鼓勵廢催化劑再生。將廢催化劑交給有資質的企業進行工廠再生成為正確的選擇。

（五）催化劑再生處理工藝

（1）制定再生工藝方案

經過實驗室周密檢驗分析，并與已有的強大數據庫進行比對，量身定制出再生的最佳方案。

（2）預處理

指清除廢催化劑表面浮塵和孔道內積灰的活動。

（3）物理化學清洗

將表面沉積物全部清除，打開所有孔道和微孔，使比表面積得到復原，同時附著在活性位上的化學中毒物質也將被清理干凈，使活性得到恢復。

（4）中間熱處理

將經過物理化學清洗的催化劑進行干燥，清除催化劑微孔內的水分，以便催化劑活性組分的植入。

（5）活性植入

將活性組分均勻有效地負載在催化劑微孔內，全面恢復催化劑的活性。

（6）最終熱處理

在400℃以上的溫度中，對經過活性植入的催化劑進行干燥或煅燒，使活性物質全部固定在催化劑中。

（7）質量檢驗

經再生處置后的煙氣脫硝催化劑，按照電力行業標準《火電廠煙氣脫硝催化劑檢測技術規范》（DL/T 1286—2013）或國際標準VGB導則和EPRI（美國電力研究協會）標準進行性能檢測，保證其滿足煙氣脫硝催化劑行業要求及國家有關要求。

（8）包裝入庫

經檢驗合格的催化劑經過重新組裝后，儲存在符合要求（防雨、通風、保溫）的存儲車間。

三、SCR典型工藝流程和系統布置

對于SCR工藝，選擇的還原劑有尿素、氨水和純氨。以采用液氨為還原劑的SCR系統為例介紹SCR典型的工藝流程和系統布置。

存儲在液氨罐的高純度液氨經液化氣加熱后，由液態氨轉化為氣態氨，通過供氨管路送至催化劑反應器前的噴氨匯流排上，最后由噴氨格柵均勻地注入反應器前的煙道。由于氨的爆炸極限是15%～28%，因此稀釋風機流量一般按照100%負荷氨量對空氣的混合比為5%設計。

注入煙道的氨氣隨著煙氣氣流自上而下垂直進入SCR脫硝反應器，完成SCR反應過程。氨的注入量控制是根據SCR系統進出口NO_x、O₂的濃度、煙氣溫度測量值、稀釋風機流量、煙氣流量來進行控制的。NH₃監視分析儀監視NH₃的逃逸率，一般要求小于3%，超限則報警并自動調節NH₃的注入量。

氨氣注入格柵前分配管上設有壓縮空氣管道，在注入格柵噴頭發生堵塞時進行吹掃。在氨氣進氣裝置分管閥后設有氮氣預留閥及接口，用于停工檢修時吹掃管內氨氣。SCR內設置吹灰器，吹掃介質為蒸汽，吹掃頻率根據SCR的壓差決定。

如圖3-7所示，自氨存儲罐來的氨氣與稀釋風機來的空氣在氨/空氣混合系統內充分混合。混合氣體進入位于煙道內的氨噴射格柵，噴入煙道與煙氣充分混合，然后進入SCR反應器，在280～400℃的溫度及催化劑的作用下，將煙氣中的NO_x催化降解為無害的N₂和H₂O。

省煤器旁路是用來調節溫度的，通過調節經過省煤器的煙氣與通過旁路煙氣的比例來控制反應器中的煙氣溫度。氨噴射器安裝在反應器的上游足夠遠處，以保證噴入的氨與煙氣充分混合。

四、SCR脫硝系統構成

電廠煙氣脫硝SCR工藝系統由氨儲存及供應系統和脫硝反應系統兩部分組成。

（一）液氨儲存及供應系統

液氨儲存制備與供應系統包括陸用卸車臂、卸氨泵（若有）、氨卸料壓縮機、儲氨罐、液氨蒸發器、液氨泵（若有）、氨氣緩沖罐、氨氣稀釋罐、稀釋風機、混合器（廢水泵）、洗眼器（安全淋浴器）等，此套系統提供氨氣供脫硝反應使用。液氨的供應由液氨槽車運送，利用液氨卸料壓縮機將液氨由槽車輸入儲氨罐內，再送到液氨蒸發器內蒸發為氨氣，經氨氣緩沖罐來控制一定的壓力及其流量，然后與稀釋空氣在混合器中混合均勻，再送達脫硝系統。氨氣系統緊急排放的氨氣則排入氨氣稀釋罐中，經水的吸收由廢水泵排入排水槽，再送至廢水處理廠處理。圖3-8為氨站工藝流程示意圖。

1.陸用流體裝卸臂

陸用流體裝卸臂主要用于液氨槽車與液氨儲罐之間氨的傳輸，主要由立柱、內外臂、旋轉接頭、彈簧缸平衡系統等組成。

2.氨卸料壓縮機

氨卸料壓縮機（見圖3-9）主要用于液氨卸氨、氨罐之間倒罐等作業。抽取氨罐的氣氨，通過氣缸壓縮對氣氨進行加壓后送至槽車，使槽車與氨罐之間形成壓差，從而將槽車的液氨推擠入液氨儲罐中。兩氨罐之間倒罐原理類似卸車。本系統設置兩臺氨卸料壓縮機，一用一備。

3.氨儲罐

氨儲罐裝有緊急關斷閥、安全閥、溫度計、壓力表、液位計、高液位報警儀和相應的變送器將氨罐的液位、壓力、溫度等信號送到氨區控制室。當氨儲罐內壓力或溫度過高時會自動報警。氨儲罐頂部設有遮陽棚，可防止因太陽暴曬而引起氨儲罐壓力升高。氨儲罐四周安裝有降溫噴淋設備，當氨儲罐罐體溫度或壓力過高時降溫噴淋裝置會自動啟動對罐體自動噴淋而達到降溫減壓的目的。氨儲罐還設有安全閥，也可防止設備壓力異常過高，當有微量氨氣泄露時也可啟動自動淋水裝置，對氨氣進行吸收，控制氨氣污染。

4.液氨輸送泵（若有）

液氨進入蒸發器，可以使用壓差和液氨自身的重力勢能實現；也可以采用液氨泵（氨儲罐壓力）來供應。如選擇液氨泵必須選擇專門輸送液氨的泵；為保證氨的不間斷供應，液氨泵應采用一用一備。

5.液氨蒸發器

氨儲罐內的液氨依靠自身壓力或利用液氨輸送泵增壓的方式輸送至液氨蒸發器與過熱蒸汽進行熱交換后成為氣氨。液氨蒸發器為管殼式換熱器。液氨走殼程，通過蒸發器液氨進口氣動關斷閥控制蒸發器液位在一定范圍。過熱蒸汽走管程，蒸發器蒸汽進口設有調節閥，通過調節蒸汽流量來控制蒸發器氣氨壓力在一定范圍，有效地保證了氨蒸發過程的安全平穩運行。在蒸發器裝有溫度檢測儀對蒸發器出口氣氨溫度進行監控，以保證蒸發器出口氣氨有一定的過熱度，蒸發器也設有安全閥，可防止設備壓力異常過高。

6.氨氣緩沖罐

為給脫硝系統提供穩定足量的氣氨，避免因蒸發器操作不穩定帶來的影響，保證脫硝系統的正常穩定運行。通過氣氨緩沖罐前的自力式調節閥來穩定氣氨緩沖罐壓力在一定范圍內再送至脫硝系統。緩沖罐上也設置有安全閥，可防止設備壓力異常過高。

7.氨氣稀釋罐

氨氣稀釋罐（見圖3-10）為一定容積的水槽，通過調節進出口閥門開度控制其液位在一定范圍內，為防止罐內液位異常過高，罐頂還設置了溢流管。液氨系統各排放點所排出的氨氣由管線匯集后從稀釋罐底部進入，利用大量水來吸收各排放點排放的氨氣。

8.稀釋風機

噴入反應器煙道的氨氣為被空氣稀釋后含氨氣的混合氣體。氨氣是爆炸性氣體，因此空氣將氨稀釋時，要避免接近爆炸限度（16%），稀釋風機應按每臺機組兩臺100%容量（一用一備）設置。

9.氨氣泄漏檢測器

液氨儲存供應系統、反應裝置以及其他可能發生氨氣泄漏的區域周邊設有氨氣檢測器，以檢測氨氣的泄漏，并送至4～20mA至DCS顯示大氣中氨的濃度。當檢測器測得大氣中氨濃度過高時，會送一路至主廠房的火災報警系統報警，報警系統自動打開消防噴淋裝置，吸收氨氣；并送另一路至機組控制室DCS會發出警報，操作人員采取必要的措施，以防止氨氣泄漏的異常情況發生。電廠液氨儲存及供應系統應采取措施與周圍系統作適當隔離。

10.排放系統

在氨制備區設有排放系統，使液氨儲存和供應系統的氨排放管路為一個封閉系統，將氨氣系統緊急排放的氨氣經由氨氣稀釋罐吸收成氨廢水后經廢水泵排放至排水槽，再送至廢水處理廠處理。

11.氮氣吹掃系統

液氨儲存及供應系統保持系統的嚴密性防止氨氣的泄漏和氨氣與空氣的混合造成爆炸是最關鍵的安全問題。本系統的卸料壓縮機、氨儲罐、氨氣蒸發器、氨氣緩沖罐等都備有氮氣吹掃管線。在液氨卸料之前通過氮氣吹掃管線對以上設備分別要進行嚴格的系統嚴密性檢查和氮氣吹掃，防止氨氣泄漏和系統中殘余的空氣混合造成危險。

（二）煙氣系統

包括省煤器出口煙道接口——SCR反應器入口——SCR出口到空氣預熱器入口前煙道接口，包含所有煙道、風門、支吊架、膨脹節等部件。

煙道上設有耐腐蝕材質織物補償器，耐溫420℃，內部設防塵板，與鍋爐廠分界點處煙道三個方向的熱位移由織物補償器吸收，除此織物補償器外，反應器進出口煙道上其他補償器需選用CE型不銹鋼補償器補償熱位移。

脫硝反應器不設置煙氣旁路系統。

（三）SCR反應器

脫硝反應系統由催化反應器、氨噴霧系統、空氣供應系統所組成。SCR反應器的設計承壓能力大于±6500Pa，瞬時不變形承載能力不低于±9800Pa。最低連續運行煙溫最高連續運行煙溫308℃，最高連續運行煙溫420℃。

1.反應器本體

包含反應器殼體、反應器主支撐鋼結構、殼體內部所包含的支撐結構、灰斗、催化劑、煙氣整流裝置、密封裝置等，見圖3-11。

每爐設置兩臺反應器。催化劑數按“2+1”布置。即每個反應器設有兩層催化劑，預留一層空間為備用層。

煙氣豎直向下流動，反應器入口設氣流均布裝置，在空預器進口煙道接入反應器和反應器進出口煙道，均安裝有導流板。導流板的作用一方面是減少煙氣渦流產生，避免煙氣阻力增大，另一方面是與整流層共同作用使煙氣流場均勻分布，則煙氣與氨氣催化劑均勻接觸，從而保證脫硝效率。

①反應器本體是脫硝裝置最重要的部分，外形為矩形立方體，四壁為側板，并形成殼體，催化劑分2層布置在殼體內，另外設置了一個預備層。

②煙氣中的氮氧化物（NO_x）與在反應器的上游注入的氨氣（NH₃）一起通過催化劑層，并將（NO_x）還原為水（H₂O）和氮氣（N₂）。

③為了使反應器內的煙氣均勻流過催化劑層，在煙氣進口處設置了導流板，在催化劑層的上方設整流裝置，反應器內的催化劑框架底部，設有煙氣密封的結構。

④反應器本體有足夠的強度可充分地承受催化劑自重和內部壓力等負荷。

⑤反應器會因煙氣溫度升高而引起熱膨脹。所以在支承反應器的鋼支架上設有可滑動的支座，以消除膨脹引起的內應力。

⑥對于反應器內部易于磨損的部位設置有防磨措施。

⑦反應器外部設有保溫層，由于催化還原反應為放熱反應，煙溫略有提高，考慮到沿程散熱損失，進入空預器時煙氣溫度基本不變，溫度偏差可以控制在3～5℃內。

2.氨氣噴射渦流混合器

氨氣噴射混合系統多為“渦流式混合器”，是國內的專利技術，在多個項目已得到驗證，實際使用效果優異。

其工作原理利用了空氣動力學中駐渦的理論。如圖3-12所示，在煙道內部選擇適當的直管段，布置幾個圓形或其他形狀的擾流板，并傾斜一定的角度，在背向煙氣流動方向的適當位置安裝氨氣噴嘴，這樣在煙氣流動的作用下，就會在擾流板的背面形成渦流區，這個渦流區在空氣動力學上稱為“駐渦區”，駐渦的特點是渦流區的位置是恒定不變的，也就是說無論煙氣流速的大小怎樣變化，渦流區的位置基本不變。

稀釋后的氨氣通過管道噴射到駐渦區內，在渦流的強制作用下充分混合，實現混合均勻性，達到催化劑入口混合度均勻性的技術要求，保證NH₃/NO_x沿煙道截面均勻地分布。

氨氣噴霧系統：氨和空氣在混合器和管路內充分混合，再將此混合物導入氨氣分配總管內。氨氣噴霧系統含供應函箱、噴霧管格子和噴嘴等。每一供應函箱安裝一個節流閥及節流孔板，可使氨氣混合物在噴霧管格子達到均勻分布。氨氣混合物噴射配合NO_x濃度分布靠霧化噴嘴來調整。

噴射系統具有良好的熱膨脹性、抗熱變形性和和抗振性。氨噴射孔不集灰。

因其處于鍋爐的高含塵區域的因素，所選用的材料為耐磨材料或充分考慮防磨措施加以保護。

氨注入格柵分布管上設有壓縮空氣管道，當注入格柵噴頭發生堵塞時可進行吹掃。

在進氨裝置分管閥后應設有氮氣預留閥及接口，在停工檢修時用于吹掃管內氨氣。氨噴射系統應采用國外進口。

3.催化劑層

SCR脫硝反應器垂直布置，用于放置和固定催化劑模塊。為了將催化劑模塊裝入反應器，反應器設有安裝門和催化劑模塊更換平臺。根據需要的催化劑體積不同，反應器裝設有幾個重載平臺，催化劑模塊可以在這些平臺上面移動和就位。催化劑模塊之間、催化劑模塊與反應器壁面之間用密封板密封。SCR脫硝反應器的尺寸可以確保任何廠家生產的催化劑都能裝入。

采用進口蜂窩式催化劑，蜂窩式催化劑應整體成型。采用模塊化設計以減少更換催化劑的時間和工作量。采用鋼結構框架，并便于運輸、安裝、起吊。

根據鍋爐飛灰的特性合理選擇節距大小并設計有防堵灰措施以確保催化劑不堵灰。同時，催化劑設計應盡可能地降低壓力損失。

催化劑模塊設計有效防止煙氣短路的密封系統，密封裝置的壽命不低于催化劑的壽命。

4.氨的空氣稀釋

噴射系統設置流量調節閥，能根據煙氣不同的工況進行調節。蒸發的液氨在噴入煙氣前應該用空氣稀釋，為保證安全可靠，允許的最大氨濃度應該小于5%。使得注入煙道的氨與煙氣在進入反應器本體之前充分混合，使催化劑均勻發揮效用。

利用稀釋風機將氨稀釋到5%濃度左右，然后注入煙氣中。氨氣是爆炸性氣體，因此空氣將氨稀釋時要避免接近其爆炸限度（15.7%～25.4%），本裝置設定為5%以內，8%應引起注意，超過12%將自動退出系統。煙氣內的氨氣注入量越多，則擴散效果越好與煙氣的混合效果也越好。當稀釋濃度計發出警報時，應確認一下氨的注入量，并迅速檢查稀釋空氣管路的情況，加以處理。

（四）電氣及控制系統

電氣系統包括脫硝系統所有供配電系統、照明、電氣控制與保護。

整套脫硝控制系統，包含程控柜、電源柜（包括柜內所有的繼電器、電源開關等輔助設備和柜內接線）等；現場的控制箱儀表柜和接線盒；脫硝及制氨系統內所有儀表及控制設備（包括氨逃逸率檢測儀器）；脫硝及制氨系統內所有儀表閥門及導管、儀表閥門等。

SCR和脫硝劑制備系統的DCS控制系統接入到主機DCS系統進行監視控制，就地不設操作員站。整個脫硝系統作為單元機組DCS系統的一部分，運行人員直接通過集控室中機組DCS操作員站完成整個脫硝系統的監控。實現自動對有關參數進行掃描和數據處理；定時制表；參數越限時自動報警和打印；根據人工指令自動完成各局部工藝系統或輔機的程序啟停、模擬量控制。當系統發生異常或事故時，通過保護、聯鎖或人工干預，使系統能在安全工況下運行或停機。

控制系統能滿足單元機組SCR安全啟動、停機的要求，在鍋爐50%～100%BMCR工況下，同時進煙溫度范圍在280～380℃條件下，保證被控參數不超出允許值，以達到最佳脫硝效果。

（五）其他系統

1.催化劑裝卸系統

2.消防系統

脫硝系統SCR反應器本體區域和液氨儲存、制備、供應系統區域范圍內的水消防系統、氣體消防滅火系統、火災報警和消防控制系統。脫硝火災探測及報警系統應作為主廠房火災探測及報警系統的一個子站，與主廠房采用相同的系統，以便通信聯網。

3.吹灰系統

主要采用蒸汽吹灰器或聲波吹灰器吹灰方式，將催化劑中的積灰吹掃干凈，避免因死角而造成催化劑失效導致脫硝效率的下降。

4.給排水系統

脫硝劑儲存制備供應系統區域和SCR反應器本體區域給排水系統，包括SCR反應器本體區域洗手池、洗眼器、噴淋房給排水；雨水排水；相關系統設備、管道、附件及支吊架等。

5.暖通系統

脫硝系統SCR反應器本體區域和液氨儲存、制備、供應系統區域范圍內采暖通風和空氣調節系統的設備管道、附件及支吊架。

6.脫硝裝置灰斗

SCR裝置多為高含塵布置，加裝SCR裝置后，省煤器出口水平煙道與鍋爐省煤器下部灰斗靠近，可以減少進入反應器中煙塵濃度及大顆粒灰進入反應器概率，防止催化劑的堵塞。利用省煤器灰斗就能滿足要求。

為防止反應器吹灰過程中，催化劑上的積灰在瞬間落下，堆積在反應器下方的煙道底面，長期低負荷運行后，當鍋爐升負荷時，會造成瞬時大量積灰涌向空預器的情況，可能會造成空預器的堵灰，影響鍋爐運行，在反應器出口段煙道采用傾斜布置方案，此方案即可保證出口煙道不產生積灰現象，也可防止大量積灰瞬間涌入空預器。

五、SCR系統對鍋爐本體的影響

（1）鍋爐熱效應　在原鍋爐煙道上增加了反應器及連接煙道，大大增加鍋爐的散熱面積，一定程度影響鍋爐熱效應。

（2）鍋爐鋼架　增加SCR裝置后，鋼結構需重新校核計算強度，并需考慮SCR鋼架和鍋爐鋼架的水平力傳遞和鋼架支撐結點的配合。

（3）煙道　SCR出口至空氣預熱器入口段，煙道壓力與省煤器出口相比提高約1kPa；在空氣預熱器出口段，煙道設計壓力提高1.5kPa，對煙道強度計算有影響，煙道強度應重新計算并增加加強筋。

（4）空氣預熱器　NH₄HSO₄、灰塵等易導致堵塞和腐蝕，影響空預器正常運行。

（5）引風機　可根據鍋爐啟停頻率、SCR運行季節性需要等因素考慮旁路設置與否。

（6）旁路　SO₂最高排放濃度必須時刻監視，出現偏差時應綜合分析鍋爐負荷、入口煙氣的SO₂含量、漿液的pH值等影響因素。

（7）省煤氣旁路　當鍋爐低負荷運行時，可采用省煤器旁路來提升SCR入口煙氣溫度。