關(guān)鍵詞：氮氧化物治理,SCR,脫硝原理

1、NOx治理-SCR脫硝系統(tǒng)

SCR脫硝技術(shù)是通過(guò)一套控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的NOx的濃度，而指揮系統(tǒng)中的尿素泵噴射相匹配的質(zhì)量比為32.5%的尿素溶液在發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)人體無(wú)害的N2和H2O的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。

SCR脫硝系統(tǒng)示意圖

對(duì)于內(nèi)燃機(jī)尾氣來(lái)說(shuō)，常規(guī)滿載時(shí)渦輪后排氣溫度在400-500℃，一般情況下根據(jù)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(jìn)化學(xué)反應(yīng)，采用蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)的載體用來(lái)附著催化劑，如此將涂覆有催化劑的陶瓷蜂窩安裝在一個(gè)設(shè)計(jì)好的反應(yīng)器中，整個(gè)反應(yīng)器安裝咋排氣管道合理位置上，混合氣體穿過(guò)涂覆有催化劑的蜂窩載體，完成還原反應(yīng)。

2、SCR脫硝催化劑介紹

治理發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的NOx，采用SCR（Selective Catalytic Reduction ）工藝，常規(guī)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(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排溫區(qū)間不同，針對(duì)于內(nèi)燃機(jī)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(qū)間為：260-420℃之間是處理NOx的溫度區(qū)間；高溫催化劑的溫度區(qū)間為：300-550℃之間。我司開(kāi)發(fā)的SCR催化劑可以實(shí)現(xiàn)95%以上至99%的脫硝效率。

3、SCR化學(xué)反應(yīng)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(yīng)如下：

標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)： 4NH3 +4NO +O2 →4N2 +6H2O

慢速反應(yīng)： 6NO2 +8NH3 →7N2 +12H2O

快速反應(yīng)： NO +NO2 +2NH3 →2N2 +3H2O

4、SCR催化劑工作的特點(diǎn)

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

（1）還原劑不易被氧化，相對(duì)還原劑的成本較低；

（2）SCR催化劑對(duì)硫不敏感，適用的范圍廣；

（3）控制策略相對(duì)較為復(fù)雜，但是對(duì)于再用的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以使用閉環(huán)的系統(tǒng)，無(wú)需與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行通信，也可以降低控制策略的復(fù)雜程度；

（4）對(duì)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(shù)是目前國(guó)際上主流去除尾氣中NOx的技術(shù)路線。主要用于還原排氣中的NOx，在一定溫度范圍內(nèi)，催化劑將NOx分解成無(wú)害的氮?dú)猓∟2）和水（H2O）,同時(shí)，在SCR催化劑的末端涂覆ASC（氨氧化催化劑），將未反應(yīng)完全的氨氣氧化，防止氨氣泄露。以下是SCR系統(tǒng)的基本原理圖。

SCR系統(tǒng)控制邏輯及設(shè)備PID圖

采用閉環(huán)控制，信號(hào)采集輸送和指令路徑見(jiàn)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(jīng)噴嘴霧化后噴入排氣管道。電控單元根據(jù)廢氣流量、催化劑的溫度和NOX濃度計(jì)算出所需的尿素溶液噴射量，尿素溶液在排氣管道混合區(qū)遇高溫尾氣分解成氨氣（NH3） 和水（H2O）, 與尾氣充分混合后進(jìn)入催化劑模塊, 在催化反應(yīng)區(qū)NH3和NOX反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)猓∟2）和水（H2O）, 通過(guò)排氣管道排到大氣中。

6、整套尾氣SCR脫硝系統(tǒng)說(shuō)明

6.1、SCR反應(yīng)器系統(tǒng)部分

（1）混合管及傳感器部分

規(guī)格：包含NOx傳感器、壓力傳感器、尿素噴射器、內(nèi)部導(dǎo)流結(jié)構(gòu)；

脫硝混合管每段進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)、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(shè)備脫硝效率，會(huì)根據(jù)發(fā)電機(jī)組的功率及排氣管徑定制化設(shè)計(jì)，這樣，混合氣體在通過(guò)它時(shí)會(huì)產(chǎn)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(dāng)發(fā)電機(jī)組排放的廢氣進(jìn)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(cè)并傳輸數(shù)據(jù)；

2、噴射進(jìn)來(lái)的尿素在此階段水解成氨氣（NH3），并通過(guò)內(nèi)部導(dǎo)流結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分混合；

（2）SCR反應(yīng)器

SCR反應(yīng)器示意圖

作用：

此項(xiàng)目不需要ASC催化劑，SCR反應(yīng)器過(guò)濾發(fā)電機(jī)組排放的廢氣，反應(yīng)器通過(guò)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)部裝有催化劑反應(yīng)模塊，當(dāng)混合后的其他進(jìn)入到反應(yīng)器內(nèi)部，溫度及其他條件符合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的條件時(shí)，化學(xué)反應(yīng)即在催化劑載體上發(fā)生，從而達(dá)到對(duì)有害其他的反應(yīng)去除。

（3）催化劑：

規(guī)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(qiáng)化的載體。載體上均勻浸滿活性成分，經(jīng)過(guò)獨(dú)特的制造工藝，形成輪廓分明和受控的三態(tài)孔結(jié)構(gòu)，保證反應(yīng)物充分達(dá)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(jié)構(gòu)為催化劑提供了大的內(nèi)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(yōu)化的多空結(jié)構(gòu)使得催化劑具有吸收大量毒物的能力而不會(huì)引起活性降低。

對(duì)熱沖擊和機(jī)械沖擊的高耐受力：催化劑的纖維強(qiáng)化使得催化劑具有結(jié)構(gòu)靈活性，并且使其對(duì)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(duì)裝置負(fù)荷的迅速變化具有極高的耐受力。

反應(yīng)段設(shè)計(jì)為3+1層催化劑結(jié)構(gòu)，其中，底層為備用層，為以后滿足更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)而準(zhǔn)備。催化劑的模塊化可使催化劑本體更加堅(jiān)固，且拆裝、維護(hù)、更換更加方便。

作用：

1、作為化學(xué)反應(yīng)的承載載體，便捷安裝在SCR反應(yīng)器內(nèi)部；

2、降低化學(xué)反應(yīng)所需的溫度并加快反應(yīng)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(tǒng)

煙氣脫硝系統(tǒng)控制系統(tǒng)是脫硝系統(tǒng)核心部件，它通過(guò)對(duì)各種傳感器進(jìn)行控制和接受反饋信息，來(lái)對(duì)尿素溶液的噴射情況，以及輔助系統(tǒng)進(jìn)行多方面控制，對(duì)整套系統(tǒng)運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。煙氣脫硝系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括：SCR煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、尿素噴射系統(tǒng)、還原劑補(bǔ)給系統(tǒng)、清灰控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

①　煙氣脫硝系統(tǒng)有經(jīng)濟(jì)型和脫硝率兩種工作模式：

a.經(jīng)濟(jì)工作模式

脫硝系統(tǒng)在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下，配合精密傳感器和控制系統(tǒng)的計(jì)算，使尿素溶的噴射量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，考慮氨逃逸的限值要求。

b.脫硝率工作模式

控制系統(tǒng)根據(jù)催化劑效率，并結(jié)合煙氣溫度、煙氣流量、NOX含量，計(jì)算出設(shè)備極限尿素溶液匹配量，使的發(fā)電機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)的凈化效率可滿足更加嚴(yán)格的排放指標(biāo)。

②　脫硝控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)：

煙氣脫硝系統(tǒng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)有：集成PLC控制裝置、高精密傳感器、SCR脫硝系統(tǒng)控制機(jī)柜設(shè)計(jì)。

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(tǒng)的自動(dòng)控制裝置，通過(guò)知名尿素溶液匹配計(jì)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(hù)方便、可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

b.高精密傳感器

根據(jù)脫硝系統(tǒng)控制原理，我們選取高精密傳感器為控制系統(tǒng)服務(wù)，包括：反應(yīng)器進(jìn)、出口溫度傳感器、反應(yīng)器進(jìn)、出口NOX傳感器、煙氣流量傳感器。對(duì)煙氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋，和控制系統(tǒng)一起形成脫硝系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

c.SCR脫硝系統(tǒng)控制機(jī)柜設(shè)計(jì)

為了讓客戶更加清楚了解設(shè)備目前工作狀態(tài)，我們?cè)O(shè)計(jì)人機(jī)界面系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示脫硝狀態(tài)數(shù)據(jù)，煙溫狀態(tài)，尿素用量等情況，并可對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,對(duì)之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄，控制柜設(shè)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(yuǎn)程通信，集成管理。

③　控制機(jī)柜

SCR脫硝裝置控制機(jī)柜

④　控制系統(tǒng)界面示例：

常規(guī)參數(shù)設(shè)定界面

⑤　SCR脫硝系統(tǒng)主要狀態(tài)簡(jiǎn)介

SCR脫硝系統(tǒng)主要狀態(tài)有：初始化系統(tǒng)自檢、運(yùn)行、排空、噴射、吹掃、停止。

初始化：尿素泵通電后，SCR系統(tǒng)處于初始化狀態(tài)，尿素泵進(jìn)行相關(guān)的初始化工作，如從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)等。并對(duì)各傳感器、進(jìn)行自檢，如果某傳感器故障在系統(tǒng)會(huì)有故障報(bào)警信息提示。

停止：初始化完成后，尿素泵自動(dòng)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，只有當(dāng)尿素控制器發(fā)送其它狀態(tài)命令或者斷電，尿素泵才離開(kāi)停止?fàn)顟B(tài)。如果反應(yīng)器溫度在工作溫度范圍內(nèi)，自動(dòng)進(jìn)入排空狀態(tài)。

排空：尿素泵處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，控制器發(fā)送排空命令可以使SCR系統(tǒng)進(jìn)入排空狀態(tài)，在該狀態(tài)尿素泵會(huì)將尿素溶液吸入經(jīng)回流管將管路與尿素泵中的空氣排出，經(jīng)過(guò)60秒后，尿素泵自動(dòng)進(jìn)入噴射狀態(tài)。

噴射：尿素控制器將計(jì)算得到的當(dāng)前尿素噴射速率信號(hào)發(fā)送給尿素泵，尿素泵控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)尿素噴射速率。

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