第一节 SCR烟气脱硝系统
一、SCR脱硝工艺
（一）SCR法反应原理
在催化剂作用下，反应温度250～450℃和O2存在条件下，用氨作为还原剂，将烟气中的NOx还原为N2，SCR法烟气脱硝技术的主要反应方程式如下：
（3-1）
（3-2）
（3-3）
（3-4）
反应温度230～450℃；一般应用温度320～400℃；转化效率在70%～90%之间。
其中式（3-1）和式（3-3）是主要的反应过程，因为烟气中90%以上的NOx是以NO形式存在的。在反应过程中，由于NH3可以选择性地和NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，因此反应被称为具有“选择性”。工业应用中SCR法常用的还原剂有氨水、液氨和尿素，在用尿素做还原剂时通常是采用热解或水解的方法将尿素溶液热解为含有NH3的气体再喷入到SCR反应室烟道中。
（二）SCR工艺组成及特点
1.工艺组成
SCR系统包括带催化剂的SCR反应器、氨喷射系统、吹灰系统、烟道、氨储备供应系统等。
2.工艺特点
①脱硝效率高，一般大于80%；
②温度范围大，300～420℃适合于大多数催化剂；
③NH3逃逸量低，在3×10-6以下；
④系统简单，设备可用率≥95%；
⑤适用煤种广，烟气量范围大；
⑥还原剂来源广，价格便宜；
⑦脱硫生成物为N2，不产生二次污染；
⑧工程造价低，除少量仪表进口外，其余设备已实现国产化。
3.SCR系统的工艺流程
氨供应系统包括从液氨槽车出口→压缩机→液氨储罐→液氨供应泵→液氨蒸发器→氨气缓冲槽→氨/空气稀释混合器→氨注射栅格的全部管路、设备、仪表、阀门及配套附件。此套系统提供氨气供脱硝反应使用。液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入储氨罐内，通过重力或压力将储槽中的液氨输送到液氨蒸发器内蒸发为氨气，经压力控制阀控制一定的压力并经脱硝自动控制系统控制其流量，然后与稀释空气在混合器中混合均匀，再送达脱硝装置中。为降低初投资和运行成本，经技术经济比较后采用液氨制备还原剂。设计方案采用压缩机卸载液氨，液氨储罐容量按每天运行24h，连续运行14天的消耗量考虑。氨制备和供应系统配备两个氨泵，用于当冬天室外气温极低时作为液氨储罐向蒸发器的供液，氨泵设计为一用一备。液氨的汽化采用带电加热器的蒸发器，蒸发器按两用一备设计。氨供应系统就地设置有氨气泄漏检测仪等安全设备。
4.SCR性能指标
加装SCR装置后，其性能必须达到设计要求，性能保证基于以下条件：
①锅炉燃用设计煤种并能满足校核煤种。
②锅炉正常负荷范围内，SCR反应器入口烟气温度为300～420℃。
③SCR反应器入口NOx浓度不超设计值。
④SCR系统性能相关的关键设备（如喷氨格栅、整流导流装置、催化剂、氨的流量控制装置、吹灰器等）要满足要求。
5.SCR的技术参数
（1）实际干烟气中NOx的浓度
式中，NOx为标准状况，实际干烟气氧含量下NOx浓度，mg/m3；NO为实测干烟气中NO体积含量，μL/L；0.95为按照经验数据选取的NO占NOx总量的百分数（即NO占95%，其余NOx占5%）；2.05为NOx由体积含量μL/L转换为mg/m3的转换系数。
修正到标况下氧含量为6%时的干烟气中NOx的浓度：
式中，NOx（mg/m3，6%O2）为修正到标准状况下氧含量为6%时的干烟气中NOx排放浓度，mg/m3；O2为实测干烟气中氧含量，%。
通常提到的NOx一般是指修正到标准状况下氧含量为6%时的干烟气中NOx浓度。
（2）脱硝效率 （有时也称NOx脱除率）
式中，C1为脱硝系统运行时脱硝反应器入口处烟气中NOx含量，mg/m3；C2为脱硝系统运行时脱硝反应器出口处烟气中NOx含量，mg/m3。
（3）氨的逃逸率 氨的逃逸率是指在脱硝装置反应器出口烟气中氨的浓度。
（4）SO2/SO3转化率
式中，SO3出口为SCR反应器出口6%O2含量、干烟气条件下SO3体积含量，μL/L；SO3入口为SCR反应器入口6%O2含量、干烟气条件下SO3体积含量，μL/L；SO2入口为SCR反应器入口6%O2含量、干烟气条件下SO2体积含量，μL/L。
6.SCR脱硝工艺设计
SCR脱硝工艺设计考虑的主要因素包括：烟气的温度、飞灰特性和颗粒尺寸、烟气流量、中毒反应、NOx的脱除率、烟气中SOx的浓度、压降、催化剂的结构类型和用量等。脱硝还原反应一般在280～420℃温度范围内进行，此时催化剂活性最大，所以SCR反应器宜布置在锅炉省煤器与空预器之间，也称为高含尘布置。与脱硝还原反应同时发生的副反应所生成的NH4HSO4会附着在催化剂或空预器冷段换热元件表面上，导致脱硝效率降低或空预器堵塞。为减小氨盐对脱硝催化剂和空预器的影响，设计时需控制氨的逃逸和SO2氧化成SO3的量。氨的过量和逃逸取决于NH3/NOx摩尔比、工况条件和催化剂的活性用量。此工程氨的逃逸率不大于3×10-6。高活性的催化剂将导致SO2氧化生成SO3，此项目催化剂选型设计需要控制SO2氧化生成SO3的转化率不大于1%。催化剂结构选型上充分考虑烟气灰尘浓度偏高的特性，合理选择催化剂的节距，以适应高飞灰运行条件。综合考虑经济性与安全性因素，高飞灰的燃煤机组推荐选择蜂窝式催化剂。
二、催化剂
（一）SCR脱硝催化剂种类
SCR烟气脱硝技术的关键是选择优良的催化剂。SCR催化剂应具有活性高、抗中毒能力强、机械强度和耐磨损性能好、具有合适的操作温度区间等特点。SCR催化剂可以根据原材料、结构、工作温度、用途等标准进行不同的分类。
1.蜂窝式、板式和波纹式SCR脱硝催化剂
按结构不同SCR脱硝催化剂分为蜂窝式（见图3-1）、板式（见图3-2）和波纹式（见图3-3）。
图3-1 蜂窝式催化剂
图3-2 板式催化剂
图3-3 波纹式催化剂
蜂窝式催化剂属于均质催化剂，以TiO2、V2O5、WO3为主要成分，催化剂本体全部是催化剂材料，因此其表面遭到灰分等的破坏磨损后，仍然能维持原有的催化性能，催化剂可以再生。蜂窝式是目前市场占有份额最高的催化剂形式，它是以Ti-W-V为主要活性材料，采用TiO2等物料充分混合，经模具挤压成型后煅烧而成。其特点是单位体积的催化剂活性高，达到相同脱硝效率所用的催化剂体积较小，适合灰分低于30g/m3、灰黏性较小的烟气环境。
2.SCR脱硝高温型和低温型催化剂
按工作温度不同催化剂分为高温型和低温型。高温型催化剂以TiO2、V2O5为主要成分，适用工作温度为280～400℃，适用于燃煤电厂、燃重油电厂和燃气电厂。低温型催化剂以TiO2、V2O5、MnO为主要成分，适用工作温度为大于180℃，适用于燃油、燃气电厂。
SCR低温催化剂可分为4类：贵金属催化剂、分子筛催化剂、金属氧化物催化剂和碳基材料催化剂。
（1）贵金属催化剂
贵金属催化剂低温催化活性优良，对NOx还原及对NH3、CO氧化均具有很高的催化活性，因此在SCR过程中会导致还原剂大量消耗而增加系统运行成本。此外，催化剂造价昂贵，易发生氧抑制和硫中毒。
在贵金属催化剂的制备方面，研究者不仅要考虑到贵金属活性组分的种类，还要考虑到所用载体的种类问题。在（NH3+H2）-NO条件下，对Ag/Al2O3进行了SCR研究，结果表明，在低温范围内，同时有O2和H2存在的情况下，该催化剂的活性能得到很大程度的提高。就ZrO2及SnO2对SCR催化剂Pt/Al2O3催化活性的影响进行研究，此外，关于不同还原剂对SCR反应的影响也进行了探讨。研究结果指出，当采用C3H6为还原剂时，在250℃左右，ZrO2和SnO2的添加，可以有效提高NOx的转化率，同时还可以减少N2O的产生；但是随着反应温度的升高，NOx的转化率反而会降低。在对尿素选择性催化还原NO研究的过程当中，添加了0.5%的H2，便使催化剂Ag/Al2O3的催化活性大大增强。研究结果还指出，在200～500℃温度范围内，体积空速为75000h-1时，Ag/Al2O3表现出最高的选择性催化还原活性，NO的转化率可达84%以上，而且还没有N2O生成。对富氧条件下硫酸盐掺杂Pd/ZrO上进行的CH4选择性催化还原NO的过程进行研究时，研究结果表明，随着硫酸盐的掺杂，使得Pd/ZrO的化学结构发生了重要变化，从而使得该催化剂的催化活性和选择性都明显增强。
（2）分子筛催化剂
分子筛催化剂因具有较高的催化活性和较宽的活性温度范围而在SCR脱硝技术中受到关注。分子筛的类型是影响分子筛催化剂活性的重要因素。此外，与分子筛进行离子交换的金属类型也影响分子筛催化剂的活性。分别用Ru、Rh、Pd、Ir和Pt进行离子交换的MFI分子筛中，Pt-MFI催化活性较高。
Cu-ZSM-5和Fe-ZSM-5是常用的分子筛催化剂，但催化剂的低温活性不高、水抑制及硫中毒等问题阻碍了其工业应用。故而，对传统的分子筛催化剂进行修饰和改性以及开发低温活性好、高抗硫毒和水抑制能力的新型分子筛催化剂是近些年研究的重点。分子筛催化剂的制备条件或制备方法影响其催化活性和选择性，因此通常需要对催化剂进行预处理。Pt离子交换后的ZSM-5分子筛在测试其活性之前经H2和He处理，结果表明，催化活性显著高于经O2处理后的样品，同时具有较高的选择性。近两年来用其他金属元素交换的分子筛催化剂也显示出了优良的低温活性和高脱NOx效率。研究了微波Ga-A型分子筛催化剂的活性，结果显示，在φ（O2）=14%～19%，温度为80～120℃时，脱硝率高达95.45%，因而是一类颇有研究开发价值的新型分子筛催化剂。
与贵金属催化剂相比，高温下分子筛催化剂具有较好的活性和选择性，但H2O和SO2存在时容易失活。MFI、MOR、FER和FAU分子筛分别用Co进行离子交换，当存在SO2时所得催化剂的催化活性基本丧失。Cu-MFI催化剂在铜离子交换量达到一定值时NOx脱除率可达到80%以上，但反应气体中有7%～10%（体积分数）的水时，又可使Cu-MFI催化剂几乎完全失活。
（3）金属氧化物催化剂
在SCR技术中常用的为金属氧化物催化剂，同时该种技术也较为成熟。金属氧化物有V2O5、Fe2O5、CuO、CrOx、MnOx、MgO和NiO等。在众多的金属氧化物催化剂中研究和应用最多的是V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2或V2O5-WO3/TiO2，这些催化剂被用于300～400℃的传统SCR装置中，具有较高的催化活性。单一金属氧化物型催化剂还原NO活性不高，高温下不稳定。复合金属氧化物经组成、结构的调节和控制，通过稳定一些活性物质，催化活性可得到明显改善。其中常用的方法是将氧化物活性组分通过浸渍负载到氧化物载体上。复合金属氧化物的表面经活化处理，还具有较高的热稳定性。
因此，目前工程中应用的SCR催化剂有非负载型金属氧化物催化剂、以TiO2为载体的金属氧化物催化剂和以Al2O3、ZrO2、SiO2等为载体的金属氧化物催化剂。其中，传统的负载型金属氧化物催化剂主要以V2O5为主剂，以MoO3、WO3和MoO3为辅剂构成的复合氧化物作为活性成分。但是，这些催化剂需要的起活温度较高，在低温范围大都活性较低，故很难达到实际应用要求。
（4）碳基材料催化剂
碳基材料催化剂是指以碳基材料为载体的催化剂。碳基材料提供了大的表面积微孔结构，具有强烈的吸附性，其化学稳定性良好、活性小，具有优良的热导性。
国内外不少学者尝试以各种碳材料及其改性材料作为载体负载金属氧化物制备碳基催化剂。结果显示出了良好的低温选择催化还原特性。当采用活性炭作为载体的时候，通常采用Mn2O3、V2O5作为活性组分，特点是其最佳反应温度通常比较低，在100～200℃，NOx的最高转化率能达到90%以上。
实践表明，将催化剂负载于碳基载体后，催化剂的活性和稳定性均有显著提高。故对新型碳基催化剂的研究一直是热点问题。
（二）SCR脱硝催化剂应用中的问题及解决方法
脱硝催化剂是SCR系统中最关键的部分，其类型、结构和表面积对脱除NOx效果都有很大影响。在SCR系统的运行过程中，下列因素都会导致催化剂的活性降低。
1.烧结
长时间暴露于450℃以上的高温环境中可引起催化剂烧结，导致催化剂中TiO2晶形发生变化，颗粒增大、表面积减小，活性降低。加入WO3可最大限度地减少催化剂的烧结。
2.碱金属中毒
如果碱金属离子（Na+、K+等）直接与催化剂接触，会使催化剂活性逐渐降低。其机理是吸附在催化剂活性位置上的碱金属离子占据了催化剂表面酸性位，降低了催化剂活性。因此，在催化剂设计中，应考虑碱金属对催化剂的影响，增加设计裕度。
3.砷中毒
As中毒主要是由烟气中的气态As2O3引起的。As2O3扩散进入催化剂内部孔道中，并在催化剂的毛细孔中发生毛细凝结，或者与催化剂的活性位发生反应从而引起催化剂活性降低。一般来说，在干法排渣锅炉中，催化剂砷中毒不严重。但是在液态排渣锅炉中，由于静电除尘器后的飞灰再循环，催化剂砷中毒是一个严重的问题。因此，在催化剂制备过程中，应采用控制催化剂孔分布的方法，使催化剂内孔分布均匀，以控制毛细孔分布数量来减少“毛细冷凝”。另外，可在催化剂中加入MoO3，以MoO3与气相As2O3反应来减少As中毒。
4.钙的影响
飞灰中游离CaO与SO3反应形成的CaSO4可吸附在催化剂表面，从而阻止了反应物向催化剂表面扩散并进入催化剂内部。催化剂制造商多通过控制催化剂内部孔径分布和采用适当节距等方法来减少CaSO4对催化剂的影响。
5.催化剂堵塞
催化剂的堵塞（见图3-4）主要是由于铵盐及飞灰的小颗粒沉积在催化剂小孔中，阻碍NOx、NH3、O2到达催化剂活性表面，引起催化剂钝化。可以通过调节气流分布，选择合理的催化剂间距和单元空间，并使进入SCR反应器烟气的温度维持在铵盐沉积温度之上，以防止催化剂堵塞。对于高灰段SCR工艺，为了确保催化剂通道通畅，应安装吹灰器。在过去，蒸汽吹灰器采用比较多，现在声波吹灰器逐渐取代了蒸汽吹灰器。美国从2015年开始，吹灰炮用量激增，采用吹灰炮取代蒸汽吹灰器效果较好；如今声波吹灰器和吹灰炮相结合的方式效果较佳。
图3-4 催化剂堵塞
6.飞灰侵蚀
催化剂的侵蚀、磨损主要是由于飞灰撞击在催化剂表面造成的。磨蚀强度与气流速度、飞灰特性、撞击角度及催化剂本身特性有关。降低磨蚀的措施：一是采用耐腐蚀催化剂材料，对催化剂顶端进行处理从而提高催化剂边缘硬度；二是利用计算流体动力学流动模型优化气流分布；三是在垂直催化剂床层安装气流调节装置等方法来解决。
（三）催化剂活性测试及管理方法
为了让脱硝催化剂能更长地发挥作用，使用了以下所示方法来保持催化剂状态及进行管理。
1.定期检修对SCR脱硝反应器内检查和清扫
对催化剂以及整流板等反应器内结构件的粉尘堆积状况进行检查，并实施堆积粉尘的清除。粉尘清除工作以抽吸作业为主，因为催化剂严禁沾水，所以粉尘清除工作不能进行水洗作业。
粉尘堆积量在催化剂层的各个位置有很大差异时原因很多，具体的有煤种引起的从锅炉飞来的类似爆玉米花颗粒等大颗粒灰，也可能是反应器设计、施工方面的问题，需要综合考虑分析。
另外在定期检修时，对安装在位于SCR脱硝反应器下游方向的回转式空预器换热元件也要实施检查。如换热元件上面的粉尘堆积过多或下面的换热元件局部腐蚀像圆筒形状时，可能不单是催化剂性能的劣化造成的，而是脱硝反应器上游方向的供给、混合的氨氮摩尔比局部过高或混合不均匀，导致过剩的氨流到下游方向，对此需要特别注意。
2.使用催化剂测试块的SCR催化剂性能试验
为了评价SCR脱硝催化剂的老化速度，在结构设计上每层催化剂均装有试验试块，通过定期抽取催化剂测试块，并使用催化剂厂家提供的活性试验装置对抽取的测试模块性能进行物理化学试验，作出评价，以正确把握SCR脱硝催化剂的性能，有助于整个脱硝装置的性能管理。催化剂试验模块如图3-5所示。
图3-5 催化剂试验模块
活性试验装置因为连接着空气压缩机、氮气发生装置和各种烟气成分瓶，可以调整得到和实际烟气相同组成的合成烟气，并且可以模拟和实际完全相同烟气温度、组成、流速等运行烟气条件。这个装置的外观照片如图3-6所示。
图3-6 催化剂活性试验装置
3.运行中的定期管理
SCR脱硝反应器前后的烟气流速和氨氮摩尔比的分布和催化剂的脱硝性能有很大关系，在长期运行后，这些分布有渐渐发生变化的可能性。为了把握这些分布的长期变化，应定期委托有资质的试验单位实施运行中的分布均布试验。
（四）催化剂再生
2014年8月5日环办函［2014］990号关于加强废烟气脱硝催化剂监管工作的通知将废催化剂定性为危险废物。环境保护部公告2014年第5号《废烟气脱硝催化剂危险废物经营许可证审查指南》指出鼓励废催化剂再生。将废催化剂交给有资质的企业进行工厂再生成为正确的选择。
（五）催化剂再生处理工艺
（1）制定再生工艺方案
经过实验室周密检验分析，并与已有的强大数据库进行比对，量身定制出再生的最佳方案。
（2）预处理
指清除废催化剂表面浮尘和孔道内积灰的活动。
（3）物理化学清洗
将表面沉积物全部清除，打开所有孔道和微孔，使比表面积得到复原，同时附着在活性位上的化学中毒物质也将被清理干净，使活性得到恢复。
（4）中间热处理
将经过物理化学清洗的催化剂进行干燥，清除催化剂微孔内的水分，以便催化剂活性组分的植入。
（5）活性植入
将活性组分均匀有效地负载在催化剂微孔内，全面恢复催化剂的活性。
（6）最终热处理
在400℃以上的温度中，对经过活性植入的催化剂进行干燥或煅烧，使活性物质全部固定在催化剂中。
（7）质量检验
经再生处置后的烟气脱硝催化剂，按照电力行业标准《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》（DL/T 1286—2013）或国际标准VGB导则和EPRI（美国电力研究协会）标准进行性能检测，保证其满足烟气脱硝催化剂行业要求及国家有关要求。
（8）包装入库
经检验合格的催化剂经过重新组装后，储存在符合要求（防雨、通风、保温）的存储车间。
三、SCR典型工艺流程和系统布置
对于SCR工艺，选择的还原剂有尿素、氨水和纯氨。以采用液氨为还原剂的SCR系统为例介绍SCR典型的工艺流程和系统布置。
存储在液氨罐的高纯度液氨经液化气加热后，由液态氨转化为气态氨，通过供氨管路送至催化剂反应器前的喷氨汇流排上，最后由喷氨格栅均匀地注入反应器前的烟道。由于氨的爆炸极限是15%～28%，因此稀释风机流量一般按照100%负荷氨量对空气的混合比为5%设计。
注入烟道的氨气随着烟气气流自上而下垂直进入SCR脱硝反应器，完成SCR反应过程。氨的注入量控制是根据SCR系统进出口NOx、O2的浓度、烟气温度测量值、稀释风机流量、烟气流量来进行控制的。NH3监视分析仪监视NH3的逃逸率，一般要求小于3%，超限则报警并自动调节NH3的注入量。
氨气注入格栅前分配管上设有压缩空气管道，在注入格栅喷头发生堵塞时进行吹扫。在氨气进气装置分管阀后设有氮气预留阀及接口，用于停工检修时吹扫管内氨气。SCR内设置吹灰器，吹扫介质为蒸汽，吹扫频率根据SCR的压差决定。
如图3-7所示，自氨存储罐来的氨气与稀释风机来的空气在氨/空气混合系统内充分混合。混合气体进入位于烟道内的氨喷射格栅，喷入烟道与烟气充分混合，然后进入SCR反应器，在280～400℃的温度及催化剂的作用下，将烟气中的NOx催化降解为无害的N2和H2O。
图3-7 SCR脱硝工艺流程
省煤器旁路是用来调节温度的，通过调节经过省煤器的烟气与通过旁路烟气的比例来控制反应器中的烟气温度。氨喷射器安装在反应器的上游足够远处，以保证喷入的氨与烟气充分混合。
四、SCR脱硝系统构成
电厂烟气脱硝SCR工艺系统由氨储存及供应系统和脱硝反应系统两部分组成。
（一）液氨储存及供应系统
液氨储存制备与供应系统包括陆用卸车臂、卸氨泵（若有）、氨卸料压缩机、储氨罐、液氨蒸发器、液氨泵（若有）、氨气缓冲罐、氨气稀释罐、稀释风机、混合器（废水泵）、洗眼器（安全淋浴器）等，此套系统提供氨气供脱硝反应使用。液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入储氨罐内，再送到液氨蒸发器内蒸发为氨气，经氨气缓冲罐来控制一定的压力及其流量，然后与稀释空气在混合器中混合均匀，再送达脱硝系统。氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释罐中，经水的吸收由废水泵排入排水槽，再送至废水处理厂处理。图3-8为氨站工艺流程示意图。
图3-8 氨站工艺流程示意图
1.陆用流体装卸臂
陆用流体装卸臂主要用于液氨槽车与液氨储罐之间氨的传输，主要由立柱、内外臂、旋转接头、弹簧缸平衡系统等组成。
2.氨卸料压缩机
氨卸料压缩机（见图3-9）主要用于液氨卸氨、氨罐之间倒罐等作业。抽取氨罐的气氨，通过气缸压缩对气氨进行加压后送至槽车，使槽车与氨罐之间形成压差，从而将槽车的液氨推挤入液氨储罐中。两氨罐之间倒罐原理类似卸车。本系统设置两台氨卸料压缩机，一用一备。
图3-9 氨卸料压缩机
3.氨储罐
氨储罐装有紧急关断阀、安全阀、温度计、压力表、液位计、高液位报警仪和相应的变送器将氨罐的液位、压力、温度等信号送到氨区控制室。当氨储罐内压力或温度过高时会自动报警。氨储罐顶部设有遮阳棚，可防止因太阳暴晒而引起氨储罐压力升高。氨储罐四周安装有降温喷淋设备，当氨储罐罐体温度或压力过高时降温喷淋装置会自动启动对罐体自动喷淋而达到降温减压的目的。氨储罐还设有安全阀，也可防止设备压力异常过高，当有微量氨气泄露时也可启动自动淋水装置，对氨气进行吸收，控制氨气污染。
4.液氨输送泵（若有）
液氨进入蒸发器，可以使用压差和液氨自身的重力势能实现；也可以采用液氨泵（氨储罐压力）来供应。如选择液氨泵必须选择专门输送液氨的泵；为保证氨的不间断供应，液氨泵应采用一用一备。
5.液氨蒸发器
氨储罐内的液氨依靠自身压力或利用液氨输送泵增压的方式输送至液氨蒸发器与过热蒸汽进行热交换后成为气氨。液氨蒸发器为管壳式换热器。液氨走壳程，通过蒸发器液氨进口气动关断阀控制蒸发器液位在一定范围。过热蒸汽走管程，蒸发器蒸汽进口设有调节阀，通过调节蒸汽流量来控制蒸发器气氨压力在一定范围，有效地保证了氨蒸发过程的安全平稳运行。在蒸发器装有温度检测仪对蒸发器出口气氨温度进行监控，以保证蒸发器出口气氨有一定的过热度，蒸发器也设有安全阀，可防止设备压力异常过高。
6.氨气缓冲罐
为给脱硝系统提供稳定足量的气氨，避免因蒸发器操作不稳定带来的影响，保证脱硝系统的正常稳定运行。通过气氨缓冲罐前的自力式调节阀来稳定气氨缓冲罐压力在一定范围内再送至脱硝系统。缓冲罐上也设置有安全阀，可防止设备压力异常过高。
7.氨气稀释罐
氨气稀释罐（见图3-10）为一定容积的水槽，通过调节进出口阀门开度控制其液位在一定范围内，为防止罐内液位异常过高，罐顶还设置了溢流管。液氨系统各排放点所排出的氨气由管线汇集后从稀释罐底部进入，利用大量水来吸收各排放点排放的氨气。
图3-10 氨气稀释罐
8.稀释风机
喷入反应器烟道的氨气为被空气稀释后含氨气的混合气体。氨气是爆炸性气体，因此空气将氨稀释时，要避免接近爆炸限度（16%），稀释风机应按每台机组两台100%容量（一用一备）设置。
9.氨气泄漏检测器
液氨储存供应系统、反应装置以及其他可能发生氨气泄漏的区域周边设有氨气检测器，以检测氨气的泄漏，并送至4～20mA至DCS显示大气中氨的浓度。当检测器测得大气中氨浓度过高时，会送一路至主厂房的火灾报警系统报警，报警系统自动打开消防喷淋装置，吸收氨气；并送另一路至机组控制室DCS会发出警报，操作人员采取必要的措施，以防止氨气泄漏的异常情况发生。电厂液氨储存及供应系统应采取措施与周围系统作适当隔离。
10.排放系统
在氨制备区设有排放系统，使液氨储存和供应系统的氨排放管路为一个封闭系统，将氨气系统紧急排放的氨气经由氨气稀释罐吸收成氨废水后经废水泵排放至排水槽，再送至废水处理厂处理。
11.氮气吹扫系统
液氨储存及供应系统保持系统的严密性防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸是最关键的安全问题。本系统的卸料压缩机、氨储罐、氨气蒸发器、氨气缓冲罐等都备有氮气吹扫管线。在液氨卸料之前通过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫，防止氨气泄漏和系统中残余的空气混合造成危险。
（二）烟气系统
包括省煤器出口烟道接口——SCR反应器入口——SCR出口到空气预热器入口前烟道接口，包含所有烟道、风门、支吊架、膨胀节等部件。
烟道上设有耐腐蚀材质织物补偿器，耐温420℃，内部设防尘板，与锅炉厂分界点处烟道三个方向的热位移由织物补偿器吸收，除此织物补偿器外，反应器进出口烟道上其他补偿器需选用CE型不锈钢补偿器补偿热位移。
脱硝反应器不设置烟气旁路系统。
（三）SCR反应器
脱硝反应系统由催化反应器、氨喷雾系统、空气供应系统所组成。SCR反应器的设计承压能力大于±6500Pa，瞬时不变形承载能力不低于±9800Pa。最低连续运行烟温最高连续运行烟温308℃，最高连续运行烟温420℃。
1.反应器本体
包含反应器壳体、反应器主支撑钢结构、壳体内部所包含的支撑结构、灰斗、催化剂、烟气整流装置、密封装置等，见图3-11。
图3-11 SCR反应器
每炉设置两台反应器。催化剂数按“2+1”布置。即每个反应器设有两层催化剂，预留一层空间为备用层。
烟气竖直向下流动，反应器入口设气流均布装置，在空预器进口烟道接入反应器和反应器进出口烟道，均安装有导流板。导流板的作用一方面是减少烟气涡流产生，避免烟气阻力增大，另一方面是与整流层共同作用使烟气流场均匀分布，则烟气与氨气催化剂均匀接触，从而保证脱硝效率。
①反应器本体是脱硝装置最重要的部分，外形为矩形立方体，四壁为侧板，并形成壳体，催化剂分2层布置在壳体内，另外设置了一个预备层。
②烟气中的氮氧化物（NOx）与在反应器的上游注入的氨气（NH3）一起通过催化剂层，并将（NOx）还原为水（H2O）和氮气（N2）。
③为了使反应器内的烟气均匀流过催化剂层，在烟气进口处设置了导流板，在催化剂层的上方设整流装置，反应器内的催化剂框架底部，设有烟气密封的结构。
④反应器本体有足够的强度可充分地承受催化剂自重和内部压力等负荷。
⑤反应器会因烟气温度升高而引起热膨胀。所以在支承反应器的钢支架上设有可滑动的支座，以消除膨胀引起的内应力。
⑥对于反应器内部易于磨损的部位设置有防磨措施。
⑦反应器外部设有保温层，由于催化还原反应为放热反应，烟温略有提高，考虑到沿程散热损失，进入空预器时烟气温度基本不变，温度偏差可以控制在3～5℃内。
2.氨气喷射涡流混合器
氨气喷射混合系统多为“涡流式混合器”，是国内的专利技术，在多个项目已得到验证，实际使用效果优异。
其工作原理利用了空气动力学中驻涡的理论。如图3-12所示，在烟道内部选择适当的直管段，布置几个圆形或其他形状的扰流板，并倾斜一定的角度，在背向烟气流动方向的适当位置安装氨气喷嘴，这样在烟气流动的作用下，就会在扰流板的背面形成涡流区，这个涡流区在空气动力学上称为“驻涡区”，驻涡的特点是涡流区的位置是恒定不变的，也就是说无论烟气流速的大小怎样变化，涡流区的位置基本不变。
图3-12 氨气喷射涡流混合器原理
稀释后的氨气通过管道喷射到驻涡区内，在涡流的强制作用下充分混合，实现混合均匀性，达到催化剂入口混合度均匀性的技术要求，保证NH3/NOx沿烟道截面均匀地分布。
氨气喷雾系统：氨和空气在混合器和管路内充分混合，再将此混合物导入氨气分配总管内。氨气喷雾系统含供应函箱、喷雾管格子和喷嘴等。每一供应函箱安装一个节流阀及节流孔板，可使氨气混合物在喷雾管格子达到均匀分布。氨气混合物喷射配合NOx浓度分布靠雾化喷嘴来调整。
喷射系统具有良好的热膨胀性、抗热变形性和和抗振性。氨喷射孔不集灰。
因其处于锅炉的高含尘区域的因素，所选用的材料为耐磨材料或充分考虑防磨措施加以保护。
氨注入格栅分布管上设有压缩空气管道，当注入格栅喷头发生堵塞时可进行吹扫。
在进氨装置分管阀后应设有氮气预留阀及接口，在停工检修时用于吹扫管内氨气。氨喷射系统应采用国外进口。
3.催化剂层
SCR脱硝反应器垂直布置，用于放置和固定催化剂模块。为了将催化剂模块装入反应器，反应器设有安装门和催化剂模块更换平台。根据需要的催化剂体积不同，反应器装设有几个重载平台，催化剂模块可以在这些平台上面移动和就位。催化剂模块之间、催化剂模块与反应器壁面之间用密封板密封。SCR脱硝反应器的尺寸可以确保任何厂家生产的催化剂都能装入。
采用进口蜂窝式催化剂，蜂窝式催化剂应整体成型。采用模块化设计以减少更换催化剂的时间和工作量。采用钢结构框架，并便于运输、安装、起吊。
根据锅炉飞灰的特性合理选择节距大小并设计有防堵灰措施以确保催化剂不堵灰。同时，催化剂设计应尽可能地降低压力损失。
催化剂模块设计有效防止烟气短路的密封系统，密封装置的寿命不低于催化剂的寿命。
4.氨的空气稀释
喷射系统设置流量调节阀，能根据烟气不同的工况进行调节。蒸发的液氨在喷入烟气前应该用空气稀释，为保证安全可靠，允许的最大氨浓度应该小于5%。使得注入烟道的氨与烟气在进入反应器本体之前充分混合，使催化剂均匀发挥效用。
利用稀释风机将氨稀释到5%浓度左右，然后注入烟气中。氨气是爆炸性气体，因此空气将氨稀释时要避免接近其爆炸限度（15.7%～25.4%），本装置设定为5%以内，8%应引起注意，超过12%将自动退出系统。烟气内的氨气注入量越多，则扩散效果越好与烟气的混合效果也越好。当稀释浓度计发出警报时，应确认一下氨的注入量，并迅速检查稀释空气管路的情况，加以处理。
（四）电气及控制系统
电气系统包括脱硝系统所有供配电系统、照明、电气控制与保护。
整套脱硝控制系统，包含程控柜、电源柜（包括柜内所有的继电器、电源开关等辅助设备和柜内接线）等；现场的控制箱仪表柜和接线盒；脱硝及制氨系统内所有仪表及控制设备（包括氨逃逸率检测仪器）；脱硝及制氨系统内所有仪表阀门及导管、仪表阀门等。
SCR和脱硝剂制备系统的DCS控制系统接入到主机DCS系统进行监视控制，就地不设操作员站。整个脱硝系统作为单元机组DCS系统的一部分，运行人员直接通过集控室中机组DCS操作员站完成整个脱硝系统的监控。实现自动对有关参数进行扫描和数据处理；定时制表；参数越限时自动报警和打印；根据人工指令自动完成各局部工艺系统或辅机的程序启停、模拟量控制。当系统发生异常或事故时，通过保护、联锁或人工干预，使系统能在安全工况下运行或停机。
控制系统能满足单元机组SCR安全启动、停机的要求，在锅炉50%～100%BMCR工况下，同时进烟温度范围在280～380℃条件下，保证被控参数不超出允许值，以达到最佳脱硝效果。
（五）其他系统
1.催化剂装卸系统
2.消防系统
脱硝系统SCR反应器本体区域和液氨储存、制备、供应系统区域范围内的水消防系统、气体消防灭火系统、火灾报警和消防控制系统。脱硝火灾探测及报警系统应作为主厂房火灾探测及报警系统的一个子站，与主厂房采用相同的系统，以便通信联网。
3.吹灰系统
主要采用蒸汽吹灰器或声波吹灰器吹灰方式，将催化剂中的积灰吹扫干净，避免因死角而造成催化剂失效导致脱硝效率的下降。
4.给排水系统
脱硝剂储存制备供应系统区域和SCR反应器本体区域给排水系统，包括SCR反应器本体区域洗手池、洗眼器、喷淋房给排水；雨水排水；相关系统设备、管道、附件及支吊架等。
5.暖通系统
脱硝系统SCR反应器本体区域和液氨储存、制备、供应系统区域范围内采暖通风和空气调节系统的设备管道、附件及支吊架。
6.脱硝装置灰斗
SCR装置多为高含尘布置，加装SCR装置后，省煤器出口水平烟道与锅炉省煤器下部灰斗靠近，可以减少进入反应器中烟尘浓度及大颗粒灰进入反应器概率，防止催化剂的堵塞。利用省煤器灰斗就能满足要求。
为防止反应器吹灰过程中，催化剂上的积灰在瞬间落下，堆积在反应器下方的烟道底面，长期低负荷运行后，当锅炉升负荷时，会造成瞬时大量积灰涌向空预器的情况，可能会造成空预器的堵灰，影响锅炉运行，在反应器出口段烟道采用倾斜布置方案，此方案即可保证出口烟道不产生积灰现象，也可防止大量积灰瞬间涌入空预器。
五、SCR系统对锅炉本体的影响
（1）锅炉热效应 在原锅炉烟道上增加了反应器及连接烟道，大大增加锅炉的散热面积，一定程度影响锅炉热效应。
（2）锅炉钢架 增加SCR装置后，钢结构需重新校核计算强度，并需考虑SCR钢架和锅炉钢架的水平力传递和钢架支撑结点的配合。
（3）烟道 SCR出口至空气预热器入口段，烟道压力与省煤器出口相比提高约1kPa；在空气预热器出口段，烟道设计压力提高1.5kPa，对烟道强度计算有影响，烟道强度应重新计算并增加加强筋。
（4）空气预热器 NH4HSO4、灰尘等易导致堵塞和腐蚀，影响空预器正常运行。
（5）引风机 可根据锅炉启停频率、SCR运行季节性需要等因素考虑旁路设置与否。
（6）旁路 SO2最高排放浓度必须时刻监视，出现偏差时应综合分析锅炉负荷、入口烟气的SO2含量、浆液的pH值等影响因素。
（7）省煤气旁路 当锅炉低负荷运行时，可采用省煤器旁路来提升SCR入口烟气温度。