選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在催化劑的作用下，利用還原劑（如NH3、液氨、尿素）來“有選擇性”地與煙氣中的NOx反應并生成無毒無污染的N2和H2O。首先由美國的Engelhard公司發現并于1957年申請專利，后來日本在該國環保政策的驅動下，成功研制出了現今被廣泛使用的V2O5/TiO2催化劑，并分別在1977年和1979年在燃油和燃煤鍋爐上成功投入商業運用。SCR技術對鍋爐煙氣NOx控制效果十分顯著、技術較為成熟，目前已成為世界上應用最多、最有成效的一種煙氣脫硝技術。合理的布置及溫度范圍下，可達到80~90%的脫除率。在我國，利用SCR進行煙氣脫硝的工作才剛剛起步。SCR技術的發展始于1960年代，不同國家如日本和美國皆在投入資源開發此技術，特別聚焦于尋找節省成本而更為耐用的催化劑或催化媒介。1978年，第一座大規模的SCR設備由日本IHI公司率先安裝并投入使用。近年來，更多使用柴油引擎的重型汽車、柴油機車、汽車，或船艦或重型工業燃氣渦輪發動機皆開始裝備SCR設施或裝置。裝備SCR系統已經成為符合歐盟六期汽車廢氣排放標準（EURO6）的重要條件。依靠著新式小型化的SCR裝置，由車輛排放的氮氧化物及懸浮粒子與1990年代早期相比可減少達90%或以上。
原理
在SCR脫硝過程中，通過加氨可以把NOx轉化為空氣中天然含有的氮氣(N2)和水(H2O)，其主要的化學反應如下：
在沒有催化劑的情況下，上述化學反應只在很窄的溫度范圍內（850～1100℃）進行，采用催化劑后使反應活化能降低，可在較低溫度（300～400℃）條件下進行。而選擇性是指在催化劑的作用和氧氣存在的條件下，NH3優先與NOx發生還原反應，而不和煙氣中的氧進行氧化反應。目前國內外SCR系統多采用高溫催化劑，反應溫度在315~400℃。使用氨（NH3）作還原劑時，二氧化碳（CO2）是使用尿素作還原劑時的副產品。溫度是SCR反應的最大關鍵及限制。理想的SCR反應發生溫度在于630至720 K之間，但亦可以被操作于500至720K之溫度以獲得更長的停留時間。操作的最低許可溫度視乎燃料種類、氣體成分、催化劑幾何而定。其他可選擇的還原劑包括氰尿酸及硫酸銨。
SCR脫硝系統
在選擇性催化還原系統中，一般由氨的儲存系統、氨和空氣的混合系統、氨噴入系統、反應器系統及監測控制系統等組成，對火電廠來說，SCR反應器一般安裝在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間，此處為高粉塵高溫布置，此區間的煙溫利于SCR脫硝還原反應，氨則噴射于省煤器與SCR反應器之間煙道內的適當位置，使其與煙氣混合后通過催化劑在反應器內與NOx反應。催化劑安放在一個像固體反應器的箱體內。催化劑單元通常垂直布置，煙氣由上向下流動。
特點
NOx脫除效率高
據有關文獻記載及工程實例監測數據，SCR法一般的NOx脫除效率可維持在70%-90%，一般的NOx出口濃度可降低至100mg/m左右，是一種高效的煙氣脫硝技術。
二次污染小
SCR法的基本原理是用還原劑將NOx還原為無毒無污染的N2和H2O，整個工藝產生的二次污染物質很少。
技術較成熟，應用廣泛
SCR煙氣脫硝技術已在發達國家得到較多應用。如德國，火力發電廠的煙氣脫硝裝置中SCR法大約占95%。在我國已建成或擬建的煙氣脫硝工程中采用的也多是SCR法。
投資費用高，運行成本高
以中國第一家采用SCR脫硝系統的火電廠—漳州市后石電廠為例，該電廠600MW機組采用日立制作所的SCR煙氣脫硝技術，總投資約為1.5億人民幣。除了一次性投資外，SCR工藝的運行成本也很高，其主要表現在催化劑的更換費用高、還原劑（液氨、氨水、尿素等）消耗費用高等。
影響因素
影響反應過程的因素包括反應溫度、空間速度、煙氣流型和催化劑。反應溫度不僅決定反應物的反應速度，而且決定催化劑的反應活性。一般來說，反應溫度越高，反應速度越快，催化劑的活性也越高。空間速度是SCR的一個關鍵設計參數，它是煙氣(標準狀態下的濕煙氣)在催化劑容積內的停留時間尺度。煙氣流型的優劣決定著催化劑的應用效果，合理的煙氣流型不僅能較高地利用催化劑，而且能減少煙氣的沿程阻力。催化劑的類型、結構和表面積對脫除NOx效果均有很大影響。
工藝流程
典型SCR主要工藝流程為：還原劑（液氨）用罐裝卡車運輸，以液體狀態儲存于氨罐中；液態氨在注入SCR系統煙氣之前經由蒸發器蒸發汽化；汽化的氨和稀釋空氣混合，通過噴氨格柵噴入SCR反應器上游的煙氣中；充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應器中催化劑的作用下發生反應，去除NOx。SCR的基本操作運行過程主要包括氨的準備與儲存、氨的蒸發并與預混空氣相混合、氨與空氣的混合氣體在反應器前的適當位置噴入煙氣系統中、噴入的混合氣體與煙氣的混合、各反應物向催化劑表面的擴散并進行反應。SCR的其它輔助設備和裝置主要包括SCR反應器的入口和出口的排水管，SCR的旁路管路、吹灰裝置、省煤器旁路管路系統，以及增加脫硝裝置后需要升級成更換的尾部引風機。
氨滑
盡管SCR過程中氮氧化物與氨之間的化學反應大部分情況下可達至或高于95%的效能，但仍有小部分多余和未發生反應的氨，稱為氨滑（Ammonia 滑移）或氨過剩。檢測或量度氨滑一般分為差分化學發光（Differential Chemiluminescence）及可調二極管激光器（Tunable Diode Laser，TDL）兩種主流方式。差分化學發光方式利用最少兩個監測分析儀以量度及計算出所排放氮化物含量上的差距，需事先將氨轉換成一氧化氮方能被量度。氮化物監測分析儀根據一氧化氮和臭氧的反應所產生的發光特征作出測量，其發光特征強度或光度與排放氣體中一氧化氮的濃度成正比。可調二極管激光器（TDL）的測量方式則使用吸收光譜技術對氨進行直接的濃度量度，可以直接從氣體排放處抽取樣本及在“濕熱”情況下進行量度，并省卻了除濕的步驟。
參考資料 >