淺談煙氣脫銷技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展

閔楠 陳得生

引言：進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)的環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻，就大氣而言，其主要的污染物就是煙塵、二氧化硫、氮氧化物，而環(huán)境污染的最大來源是燃煤排放物，火電廠成為重要的污染排放源。隨著人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程對(duì)資源的依賴程度越來越高，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也越來越嚴(yán)重。所以煙氣脫銷技術(shù)勢(shì)在必行。

我國(guó)火力發(fā)電以燃煤發(fā)電為主。燃煤發(fā)電過程中產(chǎn)生的眾多氣態(tài)污染物中，氮氧化物危害很大且很難處理。煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要包括（NO）、二氧化氮（NO2）及少量其他氮的氧化物。新的標(biāo)準(zhǔn)自2014年7月1日起，現(xiàn)有的火力發(fā)電鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組執(zhí)行氮氧化物限值由原來的450mg/m3改為100mg/m3。重點(diǎn)地區(qū)的火力發(fā)電鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組執(zhí)行100mg/m3的氮氧化物限值；由此可見，我國(guó)在污染物排放的趨勢(shì)愈加嚴(yán)格。

目前，我國(guó)主要采用的脫銷方法有，低氮燃燒技術(shù)，主要適用于新鍋爐。選擇性催化還原技術(shù)（SCR）、選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）主要試用于已經(jīng)進(jìn)行低氮改造或者無法進(jìn)行低氮改造的老舊鍋爐。SCR+SNCR主要針對(duì)單獨(dú)SNCR無法滿足國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，場(chǎng)地有限，可以采用組合技術(shù)。以下就這幾種脫銷技術(shù)進(jìn)行論述。

1、低NOX燃燒技術(shù)主要包括低氧燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)、低NOX燃燒器和低NOX爐膛設(shè)計(jì)，是一種較經(jīng)濟(jì)的控制氮氧化物的方法。但減排效率較低，往往難以滿足環(huán)保要求，不過將這一減排措施納入鍋爐的整體設(shè)計(jì)是合理必要的。

空氣分級(jí)燃燒

空氣分級(jí)燃燒是美國(guó)在20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的，是目前國(guó)內(nèi)外燃煤電廠采用最廣泛、技術(shù)上也比較成熟的低NOX燃燒技術(shù)之一。

工作原理

空氣分級(jí)燃燒降低NOX是幾乎所有的燃燒方式均采用的技術(shù)，其思路是避開溫度過高和大的過?？諝庀禂?shù)同時(shí)出現(xiàn)，從而降低NOX的生成。

其反應(yīng)可表示為：

CO+NOCO2+1/2N2

空氣分級(jí)燃燒可以在燃燒器內(nèi)實(shí)現(xiàn)，也可以在鍋爐內(nèi)完成。它在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛，但是此技術(shù)會(huì)引起爐膛內(nèi)結(jié)渣和腐蝕問題，因此在設(shè)計(jì)上必須考慮這一點(diǎn)，以減少該方面的影響。

2、選擇性非催化還原脫硝（Seletive Non-Catalytic Reduction，SNCR）

SNCR技術(shù)在20世紀(jì)70年代中期最先工業(yè)應(yīng)用于日本的一些燃油，燃?xì)怆姀S的煙氣脫硝；80年代末，歐盟國(guó)家的燃煤電廠也開始應(yīng)用。

工作原理

選擇性非催化還原脫硝技術(shù)是在沒有催化劑存在的條件下，利用還原劑將煙氣中的NOX還原為無害的氮?dú)夂退囊环N脫硝方法。

過程化學(xué)

SNCR是以爐膛為反應(yīng)器，將含有氨基（NH3）的還原劑（工業(yè)中常用的是氨水或者尿素溶液）噴入爐膛，還原劑迅速與煙氣中的NOX發(fā)生反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，而煙氣中的氧氣卻極少與還原劑反應(yīng)，從而達(dá)到對(duì)NOX選擇性還原效果。該過程可用以下化學(xué)方程式表示：

4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O

2CO(NH2)2+4NO+O2 4N2+2CO2+4H2O

方程式中用NO表示NOX，其原因?yàn)闊煔庵蠳OX的90%~95%是以NO的形式存在的。

SNCR脫氮工藝

爐膛壁面上安裝有還原劑噴嘴，還原劑通過噴嘴噴入煙氣中，并與煙氣混合，反應(yīng)后的煙氣流出鍋爐。整個(gè)系統(tǒng)由還原劑貯槽、還原劑噴入裝置和控制儀表所構(gòu)成。

主要裝置

典型SNCR系統(tǒng)工藝由還原劑制備貯存系統(tǒng)（儲(chǔ)罐、氨水輸送泵、稀釋水輸送泵、靜態(tài)混合器）、還原劑計(jì)量系統(tǒng)（緩存罐、計(jì)量泵）、還原劑分配噴射系統(tǒng)（噴射柜、噴槍）、電器控制系統(tǒng)組成。

特點(diǎn)

SNCR系統(tǒng)的特點(diǎn)：占地面積小，首次投資少，在廠區(qū)空間限制無法使用SCR時(shí)，考慮使用SNCR.。

3、選擇性催化還原脫硝（Seletive Non-Catalytic Reduction，SCR）

該技術(shù)是20世紀(jì)70年代由日本研究開發(fā)的，目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于燃煤電廠、工業(yè)鍋爐、內(nèi)燃機(jī)、化工廠及鋼鐵冶煉廠等的煙氣脫硝工程。

反應(yīng)原理

工業(yè)燃煤燃?xì)釹CR脫硝的還原劑是氨。液氨或者氨水由蒸發(fā)器蒸發(fā)后入系統(tǒng)中，在催化劑的作用下，氨氣將煙氣中的NO還原為氮?dú)夂退?/p>

SCR催化反應(yīng)原理

過程化學(xué)

SCR化學(xué)反應(yīng)方程式為：

4NH3+4NO+O2催化劑4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2催化劑3N2+6H2O

由于燃燒的煙氣中約95%的NOX是以NO的形態(tài)存在，因而上面第一個(gè)反應(yīng)占主導(dǎo)地位。催化劑在反應(yīng)中起到降低反應(yīng)活化能和加快反應(yīng)速率的作用。

系統(tǒng)組成

典型的SCR系統(tǒng)包括煙道系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器本體、催化劑、氨/空氣混合系統(tǒng)、氨噴射/混合系統(tǒng)、蒸汽吹灰系統(tǒng)、聲波吹灰系統(tǒng)、SCR灰斗及輸灰系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等共同組成。液氨由槽車運(yùn)送到液氨貯罐，液氨貯罐輸出液氨在霧化后與空氣混合，通過噴氨格柵的噴嘴噴入煙道催化反應(yīng)器。達(dá)到反應(yīng)溫度且與氨氣充分混合的廢氣流經(jīng)SCR反應(yīng)器的催化層時(shí)，氨氣與NOX發(fā)生催化氧化還原反應(yīng)，將NOX還原為無害的N2和H2O。

特點(diǎn)：

SCR系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：脫銷效率高、運(yùn)行平穩(wěn)可靠，維護(hù)費(fèi)用少，操作方便，工藝成熟可靠、系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低。缺點(diǎn)是一次性投資較大，催化存在以后更換的問題；二氧化硫轉(zhuǎn)化問題，當(dāng)二氧化硫氧化為三氧化硫后，產(chǎn)生的硫酸鹽、亞硫酸鹽會(huì)對(duì)后續(xù)的設(shè)備產(chǎn)生影響，附著在管壁上，影響設(shè)備出力效率。對(duì)于日趨嚴(yán)格的排放要求，在場(chǎng)地條件允許的條件下，SCR無疑是最好的選擇。

4、組合法（SNCR+SCR)

SNCR/SCR組合工藝是SNCR的還原劑直噴爐膛技術(shù)，同時(shí)SCR利用逸出氨進(jìn)行催化反應(yīng)兩者結(jié)合起來，從而進(jìn)行兩級(jí)脫硝。

特點(diǎn)

把SNCR工藝的低費(fèi)用特點(diǎn)同SCR工藝的高脫硝率及低的氨逸出率有效結(jié)合，既降低了首次投資成本，減少了催化劑的使用，占地面積小，又滿足了國(guó)家環(huán)保對(duì)氮氧化物的排放要求。

結(jié)語：由于大氣被NO2污染后，會(huì)連鎖反應(yīng)形成化學(xué)煙霧，其毒性很強(qiáng)，對(duì)人和動(dòng)植物的危害很大。而且還會(huì)使得機(jī)器設(shè)備和 金屬建筑物過早損壞，妨礙和破壞植物生長(zhǎng)，降低大氣的可見度，阻礙熱力設(shè)備出力的提高，甚至使設(shè)備的效率降低。

因此，為了防止NO2及其引起的光化學(xué)煙霧的危害，必須抑制煤炭等燃料燃燒時(shí)的氮氧化物的生成量,，采取經(jīng)濟(jì)有效的脫銷技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]火電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)西北熱工研究院編著 中國(guó)電力出版社2013.1.1.

[2]段傳和 夏懷翔 選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝中國(guó)大唐集團(tuán)科技有限公司 中國(guó)電力出版社.