脱硝还原剂的种类
SCR还原剂一般有液氨、氨水和尿素三种类型。
1.液氨的特性
无水氨，又名液氨，为无色气体，有刺激性恶臭味，分子式NH₃，为危险品。液氨通常以加压液化的方式储存，液氨转变为气态时会膨胀850倍，并形成氨云。液氨泄漏到空气中时，会与空气中的水形成云状物，不易扩散，会对附近人身安全造成危害。
氨蒸汽与空气混合物爆炸极限为16%～25%(最易引燃浓度为17%)，氨和空气混合物达到上述浓度范围时遇明火会燃烧和爆炸，如有油类或其他可燃性物质存在时，危险性更高。液氨泄漏时，会对人身安全造成相当程度的危害。人长期暴露在氨气中，会对肺造成损伤，导致支气管炎；直接与氨接触会刺激皮肤，灼伤眼睛，造成暂时或永久失明，并导致头痛、恶心、呕吐等，严重时会导致死亡。
2.液氨为还原剂的SCR脱硝工艺
利用液氨为还原剂的SCR脱硝系统由催化剂反应器、氨储存和供应系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统等组成，如图5所示。
液氨由液氨槽车运送至液氨储罐，液氨储罐输出的液氨在氨蒸发器内蒸发为氦气，氦气经加热至常温后送至氨缓冲罐备用。氨缓冲罐中的氨气经调压阀减压后，与稀释风机的空气混合成氨气含量为5%(体积分数)的混合气体，通过喷氨格栅的喷嘴喷入烟气，然后氨气与NOₓ在催化剂的作用下发生氧化还原反应，生成N₂和H₂O。
3. 氨储存和供应系统
氨储存和供应系统主要包括液氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨蒸发器、氨气缓冲槽及氨气稀释槽、废水泵、废水池等。
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液氨储罐内，储罐输出的液氨在液氨蒸发器内蒸发为氨气，经氨气缓冲槽送至脱硝系统。若突发事故，系统紧急排放的氨气则导入氨气稀释槽中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至废水处理厂处理，如图6所示。
1. 尿素的特性
尿素是白色颗粒或结晶状的固体化合物，分子式为CO(NH₂)2，相对分子质量为56，含氮量通常大于46%，吸湿性较强，易溶于水，水溶液成中性，可作为化肥和其他工业原料。与液氨和氨水相比，尿素是无毒、无害的化学品，便于运输和在储存，可以避免在储存、管路及泄漏时造成危害。
与液氨不同，利用尿素作为脱硝还原剂时需要利用专门的设备将尿素转化为氨，然后输送至SCR反应器。尿素制氨方法主要有水解法和热解法两种。
2. 尿素制氨工艺
(1)尿素水解法制氨工艺。典型的尿素水解制氨系统如图7所示。
尿素水解制氨系统主要设备有尿素溶解罐、尿素溶解泵、尿素溶液储罐、尿素溶液给料泵及尿素水解制氨模块等。尿素颗粒加入溶解罐，用除盐水将其溶解成质量分数约为50%的尿素溶液，通过溶解泵输送到储罐。之后尿素溶液经给料泵、计量与分配装置进入尿素水解制氨反应器，把尿素水解成NH₃、H₂O和CO₂，产物经由氨喷射系统进入SCR脱硝系统。其化学反应式为：
CO(NH₂)₂+H₂O↔NH₂-COO-NH₄ ↔2NH₃↑+CO₂↑
水解器内的尿素溶液浓度为40%～50%，气液两相平衡体系的压力约为0.48～0.60MPa，温度约为150～170℃。饱和蒸汽通过盘管的方式进入水解器，饱和蒸汽不与尿素溶液混合，通过盘管回流，冷凝水由疏水箱、疏水泵回收。该反应是尿素生产的逆反应，反应速率是温度和浓度的函数，反应所需热量由电厂辅助蒸汽或电加热提供。
(2)尿素热解法制氨工艺。典型尿素热解制氨系统如图8所示。
储存于储仓的尿素颗粒由螺旋给料机输送到溶解罐，用去离子水溶解成质量分数约为50%的尿素溶液，通过给料泵输送到储罐；之后尿素溶液经给料泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入高温分解室，在350~650℃下分解生成NH₃、H₂O和CO₂，分解产物经氨喷射系统进入SCR系统。其化学反应式为：
CO (NH₂)₂ →NH₃+HNCO (1)
HNCO +H₂O →NH₃+ CO₂ (2)
根据化学动力学分析，式(12-2)所示反应需要在催化剂条件下才能发生。但一般热解工艺中，热解炉内没有设置催化剂。因此，在热解室内只进行式(1)所示反应，式(2)反应会在SCR反应器中进行。这会降低NH₃产量，增加尿素消耗量。
尿素热解制氨系统主要由尿素装卸和储存系统、尿素溶解和混合系统、尿素溶液储存系统等构成。
氨水为危险品，用于脱硝工艺的还原剂通常采用浓度为20%～29%的氨水，较液氨相对安全。其水溶液呈强碱性和强腐蚀性。当空气中氨气在15%～28%范围内时会有爆炸危险。其暴露途径与液氨类似，对人体有害。
用氨水作为还原剂时，可以在安全方面较液氨得到较大改善。氨水储罐可以设计成非耐压型的锥顶罐，与液氨的耐压储罐相比，可以节约大量费用。同时由于氨水上方氨蒸汽压力较液氨低很多，因此装运氨水的槽车不会构成像液氨那样的危险。使用氨水的主要问题是供应商提供的氨水是用含盐水稀释而来的，将其喷入烟道后，NaCl、KCl等盐类会使催化还原反应效率迅速降低。因此，使用氨水作为脱硝还原剂时，需要使用一个氨气提纯塔，将氨蒸汽和水分离开来。氨水提纯工艺流程如图9所示。
通过改变进入提纯塔的氨水流量，可控制供给烟道的NH₃的量。氨气提纯塔得到纯净的氨气后通过喷射器喷入烟气中，在催化剂的作用下NOₓ与NH₃反应，产物为N₂和H₂O。
在经济性方面，使用液氮作为原料的系统，只需将液氨蒸发即可得到氨蒸汽，而使用尿素作为原料的系统需经过热解或水解得到氨蒸汽，并产生CO₂和H₂O等副产品，反应器出口处NH₃约占22%~28%。使用液氨的电耗和蒸汽耗量均比使用尿素系统的小。因此从能耗和物耗的角度分析，尿素系统的运行费用高于液氨系统。同时因尿素产物中水蒸气的存在，混合蒸汽在进入混合器前，为防止水蒸气的凝结和高腐蚀性的氨基甲酸铵的形成，其管材和阀门均需用不锈钢，且采用伴热措施。而液氦系统中，大部分设备和管道均可使用碳钢。这使得尿素系统的初始成本高于液氨系统。
在安全性方面，从还原剂的输送及储存上考虑，分析管道、储存罐、槽车罐等的泄漏事故或交通事故可知，液氨泄漏出的氨气要比尿素水溶液或氨水危险性大得多，使用液氨安全防范措施多，管理投入大，因此近年来采用尿素作为还原剂的SCR比例大大增加。