混合法脫硝工藝探討

莊志鵬

（廣州怡地環(huán)保實業(yè)總公司，廣東 廣州510030）

1 引言

2011年，國家環(huán)境保護部發(fā)布了《火電廠大氣污染物排放標準》，明確規(guī)定自2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行氮氧化物100mg／m3的排放標準；自2012年1月1日起，新建火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行氮氧化物100mg／m3的排放標準。

舊有的“低氮燃燒技術(shù)”、“SNCR技術(shù)”或“低氮燃燒改造＋SNCR技術(shù)”雖然在過去表現(xiàn)了不錯的成績，但其允許排放濃度為200mg／m3，不能滿足新國標的要求。而SCR工藝的投資額和運行費用均很高，使得許多中小型發(fā)電廠（熱電廠）望而卻步。因此，本文提出利用混合法工藝，達到治理效果和治理費用的平衡，既能滿足環(huán)保要求又減少建設(shè)單位的環(huán)保投資費用。

2 混合法技術(shù)工藝介紹

2.1 SNCR系統(tǒng)

選擇性非催化還原法（SNCR），是在無催化劑存在條件下向爐內(nèi)噴入還原劑，將NOX還原為N2和H2O。還原劑噴入鍋爐恰當?shù)奈恢茫?50℃～1 150℃），脫硝效率可達50%，該工藝不需催化劑。

2.2 SCR系統(tǒng)

選擇性催化還原技術(shù)是利用氨（NH3）對NOX還原功能，在300～400℃的條件下，利用催化劑作用將NOX還原為對大氣沒有影響的N2和水。

2.3 SNCR＋SCR混合煙氣脫硝技術(shù)

SNCR＋SCR混合煙氣脫硝技術(shù)是把SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術(shù)同SCR工藝利用逃逸氨進行催化反應(yīng)的技術(shù)結(jié)合起來，進一步脫除NOX。它是把SNCR工藝的低費用特點同SCR工藝的高效率及低的氨逃逸率進行有效結(jié)合。

該聯(lián)合工藝于20世紀70年代首次在日本的一座燃油裝置上進行試驗，試驗表明了該技術(shù)的可行性。理論上，SNCR工藝在脫除部分NOX的同時也為后面的催化法脫硝提供所需要的氨。SNCR體系可向SCR催化劑提供充足的氨。

采用SNCR＋SCR混合法方案，僅安裝一層催化劑，無需建立大型脫硝島，無需安裝氨噴射格柵，僅僅提高SNCR系統(tǒng)還原劑注射量，利用爐內(nèi)富裕的氨逃逸，將氮氧化物的排放控制在100mg／Nm3以內(nèi)；SCR反應(yīng)器僅采用一層催化劑，大幅度減少項目投資，完全滿足深度脫硝的要求。

由于僅使用一層催化劑，減少了催化劑的使用量，煙氣在催化劑的停留時間縮短，從而有效地減緩了SO2向SO3的轉(zhuǎn)化，降低尾部受熱面的腐蝕影響。

國內(nèi)某熱電廠開展了低NOX燃燒改造＋SNCR＋SCR混合（加裝一層催化劑）的改造，NOX排放濃度降低到70 mg／Nm3以下，達到嚴格的環(huán)保要求，總體脫硝效果達80%以上。

SNCR項目運行后，主要運行成本消耗在還原劑上，SNCR項目折合每度電的脫硝成本約0.15分／k W·h，遠遠低于SCR的2分／k W·h的運行成本。且SCR技術(shù)應(yīng)用后，即使系統(tǒng)停運，仍會使得鍋爐運行成本增加，主要體現(xiàn)在催化劑耗損成本、運行電耗等。在SCR運行費用中，還原劑的費用僅占1／3左右，催化劑耗損、運行電耗等也是主要成本，這是導(dǎo)致SCR運行費用高的主要原因。

SNCR＋SCR混合工藝的運行成本，居于兩種單獨工藝之間。

2.4 SNCR系統(tǒng)工藝流程

SNCR系統(tǒng)主要由還原劑儲存與制備系統(tǒng)、還原劑稀釋模塊、還原劑傳輸模塊、還原劑計量模塊以及還原劑噴射系統(tǒng)等部分組成。還原劑儲存與配制系統(tǒng)實現(xiàn)還原劑儲存、溶液配制和溶液儲存的功能，然后由溶液稀釋模塊稀釋成設(shè)計濃度，再由傳輸模塊和還原劑計量模塊根據(jù)鍋爐運行情況和NOX排放情況控制還原劑的噴射量，送入噴射系統(tǒng)。噴射系統(tǒng)實現(xiàn)各噴射層的還原劑分配、噴射。

2.5 SCR系統(tǒng)工藝流程

SCR系統(tǒng)主要由反應(yīng)塔系統(tǒng)、煙道系統(tǒng)、還原劑稀釋及噴射系統(tǒng)、催化劑系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、還原劑儲存制備系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)等部分組成。還原劑儲存制備系統(tǒng)、稀釋及噴射系統(tǒng)將合格濃度的還原劑輸送到反應(yīng)塔系統(tǒng)中的高效噴嘴，經(jīng)過合理的分配控制，使得還原劑能夠在催化劑系統(tǒng)中等到最大利用。煙道系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)作為輔助系統(tǒng)參與SCR的連接應(yīng)用（圖1）。

圖1 SNCR／SCR組合脫硝工藝流程

3 混合法脫硝工藝應(yīng)用分析

3.1 還原劑的優(yōu)劣

SNCR＋SCR脫硝工藝中常使用的還原劑有尿素、液氨和氨水。液氨的優(yōu)點是脫硝系統(tǒng)儲罐容積可以較小，價格也最便宜；缺點是氨氣有毒、可燃、可爆，儲存的安全防護要求高，需要經(jīng)相關(guān)消防安全部門審批才能大量儲存、使用；另外，輸送管道也需特別處理；需要配合能量很高的輸送氣才能取得一定的穿透效果。

若還原劑使用氨水，氨水有惡臭，揮發(fā)性和腐蝕性強，有一定的操作安全要求，但儲存、處理比液氨簡單；由于含有大量的稀釋水，儲存、輸送系統(tǒng)比氨系統(tǒng)要復(fù)雜；噴射剛性，穿透能力比氨氣噴射好，但揮發(fā)性仍然比尿素溶液大，應(yīng)用在噴射器的時候仍然難以深入到大型爐膛的深部，因此一般應(yīng)用在中小型鍋爐上。

若還原劑使用尿素，尿素不易燃燒和爆炸，無色無味，運輸、儲存、使用比較簡單安全；揮發(fā)性比氨水小，在爐膛中的穿透性好；效果相對較好，脫硝效率高，適合于大中型鍋爐設(shè)備的SNCR脫硝工藝。

3.2 建設(shè)方式

建議采用EPC總承包方式?？偝邪綄凑蘸贤s定承擔工程設(shè)計、采購和施工，并對承包工程的質(zhì)量、安全、工期、造價全面負責，最終向業(yè)主提交一個滿足使用功能、具備使用條件的工程。

采用EPC模式具有以下優(yōu)點：承包商外部接口少，責任清晰；業(yè)主管理成本低，可實現(xiàn)集中控制管理；工程進度能有效保障。

4 結(jié)語

混合法脫硝作為一種新的思路，利用鍋爐高溫熱解還原劑，達到爐內(nèi)SNCR處理工藝的目的，并且利用逃逸氨通過催化劑達到SCR處理。在新國標要求100mg／m3的排放濃度的前提下，此工藝綜合處理效率及其穩(wěn)定性遠優(yōu)于傳統(tǒng)的SNCR工藝、低氮燃燒改造工藝及SNCR＋低氮燃燒改造工藝，但其投資費用又比單獨使用SCR工藝低，在滿足100mg／m3的排放濃度的基礎(chǔ)上，降低了投資和運行費用，是一種創(chuàng)新的組合模式。

［1］張自杰，林榮忱，金儒霖.排水工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］李振中.SNCR煙氣脫硝技術(shù)在電廠中的應(yīng)用［J］.中國電力環(huán)保，2006（5）：17～18.

［3］王智化，周俊虎，周 昊，等.爐內(nèi)高溫噴射氨水脫除NOX機理及其影響因素的研究［J］.浙江大學學報：工學版，2004，38（4）：495～500.

［4］董建勛.燃煤電廠SCR煙氣脫硝試驗研究及數(shù)學模型建立［D］.保定：華北電力大學，2007.