燃煤烟气SCR脱硝系统中细颗粒物排放特性综述

SCR脱硝过程中产生的细颗粒物主要成分为硫酸氢铵及少量硫酸铵[11-12]，同时，燃煤飞灰中含有的碱土金属氧化物(如CaO)会发生硫酸盐化生成硫酸盐细颗粒物[11]。

国外主要侧重于SCR脱硝对机动车尾气细颗粒排放的影响研究，如机动车NH3-SCR脱硝装置前后，颗粒物数浓度可增加2倍，且形成的颗粒物主要为几十纳米级的超细颗粒，成分可能是硫酸(氢)铵、硝酸铵、氯化铵等；又如尿素-SCR脱硝装置可使柴油车尾气细颗粒浓度显著增加[15-17]，这与尿素中杂质、不完全分解及硫酸(氢)铵形成有关。

因此，SCR脱硝装置中细颗粒物的质量、数量浓度、粒径分布及化学组分都会发生改变。

2细颗粒物生成及转化

2.1硫酸(氢)铵生成及转化SCR脱硝过程中，当脱硝催化剂中V2O5的含量为1%时，烟气中SO2的相对氧化率可达约1%[6]。

此时，采用NH3作为还原剂去除烟气中的污染物NOx的同时，NH3也会与烟气中的H2O及SO2催化氧化产物SO3发生反应(1)—(5)[18]。

关于硫酸(氢)铵的生成普遍认为主要是由于SCR脱硝装置在低负荷下长期运行，由逃逸的NH3与烟气中SO3、H2O(或H2SO4酸雾)在空预器中反应形成，只要不低负荷运行并严格控制氨逃逸，就可有效解决硫酸(氢)铵的生成问题[18]。

实际上，张玉华及李振等研究发现[10-12]，在氨逃逸量可忽略情况下，SCR脱硝装置出口也检测到一定量的亚微米级硫酸(氢)铵细颗粒，说明SCR脱硝系统出口测得的亚微米级硫酸(氢)铵细颗粒并不是完全源于逃逸NH3与SO3、H2O反应形成，部分有可能源于SCR脱硝反应器，即使有效控制氨逃逸，也无法彻底解决硫酸(氢)铵形成导致的PM2.5排放增加问题。

并且，束航等通过原位红外实验证实了烟气中的NH3能同时参与硫酸(氢)铵生成与脱硝反应[21]。结合燃煤电站SCR脱硝反应器和后续空预器温度条件、烟气组分及硫酸(氢)铵物性，脱硝过程中(包括脱硝反应器和后续空预器)气相中硫酸(氢)铵细颗粒物可能源于：

(1)SCR脱硝催化剂中形成的硫酸(氢)铵挥发或被烟气夹带进入气相主体，以及SO3从催化剂表面脱附后在气相主体与NH3、H2O反应形成硫酸(氢)铵(主要为硫酸氢铵)，其形成过程与SCR脱硝反应同时进行；(2)SCR反应器中逃逸NH3在空预器中与SO3、H2O反应形成。

RadianCorp[22]通过热力学及动力学模型指出空预器中硫酸氢铵的形成与烟气温度、反应物NH3、SO3浓度、NH3/SO3摩尔比及硫酸氢铵自身形成温度密切相关。NH3及SO3浓度越高，硫酸氢铵形成量越多，NH3/SO3摩尔比减小也会促进硫酸氢铵生成。

针对钒钨钛催化剂表面及微孔中硫酸(氢)铵的形成，研究发现，在典型SCR脱硝环境温度下，催化剂中硫酸氢铵的生成是与SO2氧化及脱硝反应同时进行，生成硫酸氢铵所需的氨也有可能来自吸附于催化剂表面或微孔的吸附态氨[11,21]。

束航等[21]采用原位红外研究发现，钒钨钛催化剂表面硫酸(氢)铵的生成主要有两种途径：可由吸附活化态的NH3在O2存在条件下与SO2反应生成，也可由吸附态NH3与催化剂表面金属硫酸盐VOSO4(SO2与V2O5反应生成)直接反应生成，且这两种硫酸(氢)铵生成行为均与SCR脱硝反应同时进行。

硫酸(氢)铵生成量与SO2氧化率即SO3生成量之间有很好的正相关性，如图3[11]，且随反应温度的升高和氨氮摩尔比的增加而增加[11-12]。

延伸阅读：

某1000MW机组超低排放案例颗粒物排放规律研究

电厂湿法脱硫系统对烟气中细颗粒物及SO3酸雾脱除作用研究

超低排放下不同湿法脱硫协同控制颗粒物性能测试与研究