Catamiser 烟气脱硝系统概述
中瑞捷赛宝（上海）锅炉有限公司 黄贺团
摘要: Catamiser烟气脱硝系统就是利用NH3 和NOX 在催化物作用下使NOX 还原的技术，将还原剂喷入烟道中，与烟气中的NOX分子充分混合，进行选择性催化还原反应, NOX被还原成氮气和水，从而实现烟气清洁排放同时实现烟气余热回收的系统，于2010年开始逐渐应用。
本文介绍了Catamiser烟气脱硝系统的系统组成和反应原理以及主要特点。
关键词:Catamiser；余热回收；烟气脱硝；选择性催化还原法
Overview of Catamiser NOx Reduction System
中瑞捷赛宝（上海）锅炉有限公司 黄贺团
Abstract: Catamiser NOx Reduction System is the system which can make NOxdeoxided into N2 and H2O through injecting reducing agent into exhaust gas pipe and intensively mixing with NOx to fulfill selective catalytic reduction reaction by utilizing
the technology of NH3 and NOX react effect under catalyzer,at the same time make waste heat recovery together. It was applied since 2010. This article introduces it in system composition & react principle and main features about Catamiser NOx
Reduction System.
Key words: Catamiser;waste heat recovery;denitrification; selective catalytic reduction.
1、前言：
氮氧化物即NOx是大气主要污染物之一，是光化学烟雾污染、城市灰霾天气、大气酸沉降等一系列环境问题的重要根源。其主要危害有：1、对人体健康影响。NOX对人体有毒副作用，尤其是NO2，NO2 吸入对心、肝、肺、肾等都有影响，容易引起支气管和肺气肿等呼吸系统疾病，对神经系统也有麻醉作用，。2、对环境的影响。NOx在大气中，发生复杂的光化学反应，形成光化学烟雾污染；同时氮氧化物也破坏臭氧层，造成温室效应；对植物具有损害作用；氮氧化物在大气中最终被氧化成硝酸和硝酸盐颗粒，造成酸雨，硝酸对酸雨的贡献为：30%。由于氮氧化物可以在大气层中长距离输送，其引起的全球性或区域性污染问题也日益凸现。
在解决氮氧化物及其二次污染物的长距离输送问题时，欧洲和美国都制定了区域污染控制政策，建立了地区间协调和合作机制，通过多地区间的协作达到减少氮氧化物区域污染的目的。美国和欧洲均采用了包括二氧化氮、臭氧和细颗粒物的多指标体系制定环境空气质量标准来控制氮氧化物污染。欧盟及其成员国制定的二氧化氮标准均符合世界卫生组织的推荐标准。美国虽然对二氧化氮要求较为宽松，但严格控制二次污染物，对氮氧化物起到了协同控制作用。
去年9 月7 日，国务院发布的《“十二五”节能减排综合性工作方案》提出，2015 年全国氨氮和氮氧化物排放总量将分别控制在238.0 万吨、2046.2 万吨，比2010 年的264.4 万吨、2273.6 万吨分别下降10%。为了进一步扼制氮氧化物不断增长的趋势，我国 《国民经济和社会发展“十二五”规划纲要》已明确在“十二五”期间将氮氧化物排放量减少10%作为主要目标之一。
在船舶排放控制方面，各国都制定了严格的船舶排放控制法规。北美排放控制区（ECA）排放新规生效已经于2012 年8 月1 日生效。北美排放控制区排放新规将影响到加拿大、美国和法属圣皮埃尔和密克隆群岛沿海运营的船舶。目前全球有四个认定的排放控制区已经生效，另外两个排放控制区在欧盟的波罗的海地区和北海地区。第四个排放控制区，美国加勒比海排放控制区，覆盖邻近波多黎各和维尔京群岛的水域。污染物排放控制区域即ECA 区域。全球范围内属于船舶ECA 区域的有波罗的海水域、北海水域、加勒比海水域和夏威夷水域以及北美排放控制区水域。2011 年全球ECA 地区氮氧化物排放控制按照TIER II 标准（即低于8g/kw·h），2016 年全球ECA 区域氮氧化物排放控制按照TIER III 标准（低于2g/kw·h）。
作为新增指标的氨氮和氮氧化物排放量，我国国内2011 年完成情况并不好。环保部6月公布的《2011 中国环境状况公报》提到，2011 年全国氮氧化物排放量2404 万吨，与2010年相比上升了5.73%，排放量不降反升，没有完成年初预定的下降1.5%的目标。环保部官员预计今年上半年全国氮氧化物排放量依旧不降反升，呈小幅度上升趋势，但增长幅度与去年全年相比有明显回落。这些都充分说明了世界范围内氮氧化物减排的重要性和紧迫感。
2、减排技术：
目前，氮氧化物减排技术分为低氮氧化物燃烧技术和烟气脱硝技术两大类。低氮氧化物燃烧技术在火电、工业锅炉、水泥窑、钢铁等行业普遍应用，对氮氧化物减排发挥了重要作用，降低了20%-50%的氮氧化物。为了达到日益严格的排放标准，烟气脱硝技术应用而生。一是SCR，脱硝效率可达到70%-90%，目前已在发达国家广泛应用，如德国火电烟气脱硝装置中SCR约占95%，我国火电SCR约占脱硝装置的88.5%。二是选择性非催化还原技术(SNCR)。由于投资、运行费用较低，在工业锅炉、水泥行业氮氧化物减排将发挥重要作用。三是SCR/SNCR 联合烟气脱硝技术,结合了SCR 和SNCR 两者优势，脱硝效率适中。此外，针对水泥、钢铁等行业特点，开发了活性炭吸附脱硫脱硝、焦粉脱硝等技术，但尚需降低投资和运行费用，提高运行稳定性，因而在短期内难以发挥减排作用。目前，在全世界范围内应用最广泛效果最明显的就是采用SCR 技术的烟气脱硝系统（NOx Reduction System）。
3、系统组成和反应原理：
2009-2010 年，GESAB 公司调研了开发带余热回收的SCR 装置的客户需求，并与合作方（FKAB 和HRM/Ritline）共同研发了SCR 装置和Catamiser 装置（带余热回收）。现结合GESAB公司产品的主要特点，阐述一下采用SCR 技术生产的带余热回收的Catamiser 烟气脱硝系统。
整个Catamiser 烟气脱硝系统由6 个单元组成：尿素储存单元、喷射控制单元、烟气脱硝单元、系统控制单元、吹灰控制单元、余热回收单元。整个Catamiser 烟气脱硝系统概况图如下：
尿素储存单元主要有尿素柜和加热盘管组成。尿素柜是储存40%浓度尿素溶液的液体柜,装有液位仪和温度显示仪表，整个尿素柜外部用隔热保温层保温，以隔绝外部环境温度的影响。整个尿素柜布置在机舱内，一般是由不锈钢制作，如果是由普通船钢板制成，则必须要经过与饮用水柜一样的特涂才能使用。整个尿素柜温度需要保持在0-40℃之间，温度要尽可能低一些，但不能低于0℃。到了低温寒冷地区，尿素溶液需要进行加温以保持溶液温度在0℃之上，一般由尿素柜内的加热盘管进行加温。尿素柜的透气管顶端必须布置在整船的上层建筑以外。
喷射控制单元由尿素泵、尿素喷射控制装置、尿素喷射单元、喷射管、混合管等组成。尿素泵从尿素抽取尿素溶液并进行加压，输送到尿素喷射控制装置由喷射控制装置控制喷射量。在控制空气的压力作用下，通过尿素喷射单元、管路以及布置在喷射管内的喷嘴喷射雾化。经过雾化后的细小的雾状尿素液滴在喷射管内被从柴油机增压器排出的300-400℃的高温烟气加热后蒸发成氨和水蒸汽，氨分子与高温烟气中的NOx 分子通过混合管内部结构的紊流作用充分接触混合。充分接触混合后的高温烟气与氨和水蒸气的混合气体进入烟气脱硝单元进行化学脱硝反应。
烟气脱硝单元就是催化触媒反应器。催化触媒反应器主要由三个蜂窝式的固态催化触媒模块层组成，每一个催化触媒模块层都是由一些更小的催化触媒模块拼组而成。其中底部两个催化触媒模块层起主要催化还原作用，第三层即最顶层作为备用。经过充分接触混合的氨分子和高温烟气中的NOx 分子以及氧分子在与两层催化触媒分子的充分接触下，经过催化触媒的催化作用下进行化学还原脱除反应生成氮气分子和水分子。其主要化学反应式如下：
上述反应在300-400℃的温度范围内有效进行,催化触媒的活性中心迅速地吸附氨和气相氮氧化物，烟气的较高温度促进了氨的活性游离基的产生并为反应提供了活化能。在反应过程中,氨分子有选择性地和NOX 反应生成N2 和H2O, 而不是被O2 所氧化。其中氮分子是以氮气的形式排出，水分子是以水蒸汽的形式排出。在NH3/NOx 摩尔比适当的条件下,获得了超过90%的脱硝率。国际上供应的SCR 催化触媒的保证使用寿命为10000-30000 小时，燃油和燃气装置的SCR 催化触媒寿命超过32000 小时。
系统控制单元主要由NOx取样传感器、NOx分析仪、反应器温度传感器、反应器压差传感器和控制面板组成。NOx取样传感器对Catamiser出口的烟气进行取样，输送到NOx分析仪进行烟气氮氧化物含量检测和分析。NOx分析分析仪的分析数据、温度传感器的温度信号和压差传感器的压差信号通过通讯信号电缆发送到尿素喷射控制单元，尿素喷射控制单元通过通讯信号线发送所有数据和信号到控制面板用于显示实时状态和报警监测。根据这些信号和分析数据以及控制面板的控制程序，尿素喷射控制单元对尿素喷射量进行调节，从而实现在线监测、实时调节和精确控制出口烟气的脱硝率及烟气中的NOx含量。
吹灰控制单元就是对每一个催化触媒模块层的底部表面进行定时吹灰，保证催化触媒表面的洁净，主要由压缩空气管路和吹灰阀组成。吹扫时间30-120分钟，一般每周1-2次。
余热回收单元就是把经过脱硝后的高温烟气经过加热盘管的热交换实现烟气的余热回收，主要由围绕在烟气脱硝单元四周的加热盘管组成，通过整个Catamiser装置外部的热介质泵循环输送加热介质到余热回收单元的加热盘管进行热交换，实现高温烟气的余热回收。
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