优美科DNX SCR脱硝催化剂在垃圾焚烧发电厂应用的技术特点

2020年中华人民共和国第十三届全国人民代表大会第三次会议于5月22日召开，中国人民政治协商会议第十三届全国委员会第三次会议于5月21日召开。近年来，两会的环保议题与民众切身相关，得到了民众越来越高得关注度，为了满足人民对美好生活得向往，国家工业烟气排放标准不断收紧，烟气治理市场竞争如火如荼。专注于SCR脱硝催化剂研发的优美科，在SCR催化剂解决方案领域一直处于领先地位，为打赢蓝天保卫战做出了杰出的贡献。

随着我国社会经济的快速发展，城乡生活垃圾产生量也飞速增加，垃圾焚烧发电、热能利用日渐成为生活垃圾处理的主要方式。垃圾焚烧尾气的净化，包括除尘、脱硫、脱硝、脱二噁英等工艺技术也应运而生。

优美科公司基于其在欧美垃圾焚烧尾气SCR脱硝先行业绩的应用经验，在DNX^®SCR催化剂中低温度高效脱硝、协同脱除二噁英、硫酸氢铵（ABS）累积失活模拟及解决方案、灵活便利的安装等关键技术点上优势突出。

1.中低温高效脱硝

优美科DNX^®SCR脱硝催化剂外观为独特的波纹式催化剂。

图1 优美科DNX^®SCR脱硝催化剂外观

DNX^®SCR催化剂具有三态微孔（TPS）结构，微观结构由大微孔、中微孔、小微孔错综构成。TPS可以大大提升SCR反应的传质扩散过程，同时可以发生高效的“表面SCR反应”及可观的“浅表层(纳米级)SCR反应”，提高了SCR的反应速率，显著增加催化剂的反应活性，在低温（可低至170℃）时的催化活性亦非常可观。

图2DNX^®SCR催化剂三态微孔（TPS）示意图

优美科应用于垃圾焚烧尾气脱硝的DNX^®SCR脱硝催化剂，其起活温度可低至170℃，在垃圾焚烧尾气SCR脱硝常用的170~200℃具备较高的脱除效率。

图3NOx/二噁英脱除率 vsSCR入口温度

（设计条件：空速4500 1/h，入口NOx 200 mg/Nm³,dry@11%O₂（as NO₂），入口二噁英：1 ng/Nm³,dry@11%O₂,氨逃逸 2.5 mg/Nm³,dry@11%O₂）

2.协同脱除二噁英

垃圾焚烧时产生的二噁英会引发许多健康问题。

优美科的DNX^®SCR脱硝催化剂在脱硝的同时，可实现二噁英超高效率的协同脱除。二噁英在催化剂上的氧化分解效率最高可＞99%，二噁英可脱除到＜0.01 ng TEQ/Nm³。

二噁英的氧化分解反应是典型的气、固相催化反应，为催化剂的“表面反应”及“浅表层(纳米级)反应”，且反应在极短的时间（~10^-3s）内即可完成。脱二噁英反应对烟气的压力并不敏感，在烟气压力≤0.5Mpa g条件下均可进行。

优美科的DNX^®SCR脱硝催化剂通过催化氧化去除气态二噁英。反应方程式如下：

C_wH_xO_yCl_z+O₂CO₂+H₂O+HCl

二噁英的分解要求SCR的反应温度＜275℃，大于275℃的反应温度会促使二噁英的重新生成。在烟气温度275~300℃之间，二噁英的分解速率依然大于生成速率，然而其脱出效率已经降低。在温度＞300℃，且烟气烟气中存在碳氢化合物及HCl时，SCR出口的二噁英浓度将大于SCR入口的二噁英浓度。垃圾焚烧尾气中二噁英在DNX^®SCR脱硝催化剂上的脱除率与反应温度之间的关系见图3。

优美科的DNX催化剂在NOx及二噁英的脱除上有很明显优势，在同等烟气条件和性能要求下，所需的催化剂体积比其他厂家少约25%。这得益于DNX^®SCR催化剂的三态微孔（TPS）结构，加速了二噁英由气体向催化剂表面及浅表层微孔中的传质。

3.硫酸氢铵（ABS）累积失活模拟及解决方案

垃圾焚烧常采用中低温（反应温度170~200℃）SCR工艺，又因为进入SCR的烟气中存在SOx，SOx与喷入SCR反应器的氨气反应会生产硫酸氢铵（ABS），ABS的产生会加速催化剂的失活，对于SCR下游设备产生堵塞腐蚀等问题。

硫酸氢铵（ABS）的生成及分解反应方程式（可逆反应）为：

生成

SO₃＋H₂O→H₂SO₄

NH₃(g)＋H₂SO₄(g)→NH₄SO₄(l)

分解

NH₄SO₄→NH₃＋SO₃＋H₂O

当烟气温度低于ABS的露点温度时，会造成ABS的累积。ABS的露点的决定于SO₃，NH₃及H₂O在废气中的分压，其分压与浓度成正比，所以ABS的露点决定于SO₃，NH₃及H₂O在废气中的浓度。

ABS可于任何温度（SCR操作温度窗口）生成，低于露点温度生成加速并累积。

ABS可于任何温度（SCR操作温度窗口）挥发分解（消解），高于露点温度分解（消解）加速，我们推荐在ABS露点以上10℃作为最低连续运行温度。

ABS可由烟气携带消解（尤其在高尘、高流速烟气中）。

ABS在SCR系统中的生成与分解（消解）是一个动态平衡过程，如果分解（消解）的速率高于生成的速率，ABS则不会累积；反之，ABS则会累积

由于催化剂表面微孔的毛细作用，ABS在催化剂表面的露点温度相对较高。ABS对催化剂的影响是可逆的，理论上只要烟气温度高于ABS露点并持续一段时间，累积的ABS则可以完全分解。不过，在SO₃含量或者SO₂氧化率高时，需要至少350℃的烟气温度和充足的时间才能分解。

优美科研发出独有的“ABS累积及分解计算模型”，计算评估了该项目烟气净化流程中ABS形成的风险，量化了ABS累积及分解的速率。提出了准确的ABS累积周期为数千小时，即在SCR催化剂投用后，经过一个累积周期，其活性将受到ABS的抑制而影响设计排放值。

为了避免ABS对SCR及催化剂的影响，要求SCR上游工艺流程必须有半干法脱硫(消石灰)+干法脱硫（消石灰或者小苏打）+（喷活性炭粉）布袋除尘器，以将进入SCR的SO₃浓度降低接近于0。

为了应对可能存在的意外的ABS问题，优美科首先提出ABS加热分解方案，设计出催化剂ABS加热分解再生的工艺流程图（PFD）及主要工艺参数，同时考虑到ABS分解的节能问题，即利用SCR烟气流量一定比例的高热空气（烟气）加热催化剂数小时即可将沉积于催化剂上的ABS完全分解。

图4典型的ABS加热分解工艺流程图

4.灵活便利的安装

优美科可为客户提供除了标准催化剂模块（截面约1x2m）布置安装外，推荐使用截面466x466mm，高不超过700mm，单块质量不超过35kg的催化剂单元布置安装，实现催化剂安装免大型吊装设备、免焊接，灵活便利。

图5单元安装的DNX^®SCR脱硝催化剂

5.应用案例

优美科公司自1993年开始致力于垃圾焚烧项目污染物排放控制，至今在中国已有近20个垃圾焚烧尾气SCR脱硝应用业绩。

优美科公司为著名的丹麦哥本哈根ARC垃圾焚烧项目提供了SCR系统设计包及脱硝催化剂，该项目于2018年正式投入使用，催化剂在保证95%的脱硝效率的同时，也保证了98%的脱二噁英效率。

自2019年3月至今，优美科DNX^®SCR脱硝催化剂在浙江义乌市垃圾焚烧发电厂提升改造项目4×750t/d机械炉排垃圾焚烧锅炉烟气脱硝项目中实现低温、长时间的良好运行。该项目的设计保证值为在24000小时内，SCR装置达到NOx从150到50 mg/Nm³dry@11% O₂、二噁英从0.1到＜0.05 ngTEQ/Nm³的排放要求，催化剂的实际脱硝性能及二噁英脱除性能明显优于保证值。