燃煤鍋爐煙氣脫硝技術研究

王保華

（鄭州中能冶金技術有限公司，河南 鄭州450000）

近年來，隨著我國社會和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴重。尤其是氮氧化物（NOX）污染，已經(jīng)成為一個相當嚴峻的全球性問題。據(jù)統(tǒng)計，我國67%的NOX排放量來自于煤炭燃燒，其中50%以上為發(fā)電及供暖鍋爐燃燒所排放。據(jù)中國環(huán)境規(guī)劃院的研究預測，NOX的排放量將從1995年的1.11×107t增加到2010年的2.15×107t，到2020年和2030年，全國能源消費導致的NOX排放總量將分別達到2.4×107t～2.9×107t和3.2×107t～4.3×107t，到2020年前后將超過美國成為世界第一大NOX排放國。根據(jù)《國家環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》的要求，到2015年NOX排放總量將比2010年減少10個百分點。因此，NOX的排放控制迫在眉睫。

1 煙氣脫硝技術概況

我國對煙氣脫硝的研究始于20世紀80年代，主要應用于電廠鍋爐的煙氣脫硝。對煙氣進行脫硝處理的方法很多，一般可分為干法、半干法和濕法脫硝三大類。其中，干法又可分為選擇性非催化還原法（SNCR）、選擇性催化還原法（SCR）、高能電子活化氧化法、電子束照法、碳熱還原法、光催化法等；半干法分為催化氧化法、活性炭吸附法、吸收法等；濕法分為水吸收法、酸吸收法、堿吸收法、絡合吸收法等。

2 煙氣脫硝技術主要特點

2.1 干法脫硝

脫硝效率高，工藝流程簡單，操作穩(wěn)定，易于控制，設備運行可靠。

2.2 半干法脫硝

工藝復雜，脫硝成本高，設備運行不穩(wěn)定，吸收劑來源有局限性。

2.3 濕法脫硝

脫硝效率低，操作繁瑣，吸收劑消耗量大，運行費用高，易造成二次污染。

3 常用脫硝技術

在干法、半干法和濕法三類煙氣脫硝法中，干法應用更為普遍。主要原因是干法脫硝的工藝流程簡單、脫硝效率高（可達95%以上），無須供水和進行廢水處理。就干法脫硝而言，方法也很多，已實際應用的有十余種，其中應用最廣的脫硝方法首推選擇性非催化還原法（SNCR）及選擇性催化還原法（SCR）。

3.1 SNCR脫硝技術

SNCR脫硝技術是將NH3與NOX混合，并高溫加熱，促使其發(fā)生化學反應，利用NH3的還原性把NOX還原為N2和H2O。其脫硝反應原理如下：

4NH3+4NO+O24N2+6H2O

4NH3+2NO2+O23N2+6H2O

3.1.1 燃煤鍋爐SNCR脫硝方案

SNCR脫硝工藝在鍋爐上的傳統(tǒng)應用為，將氨或尿素作為還原劑直接噴入爐膛1000℃左右的區(qū)域，把爐膛作為SNCR脫硝反應器，利用高溫將NOX還原。

3.1.2 SNCR設備組成

其工藝流程簡單，由還原劑貯槽、還原劑多層噴入裝置和配套的控制儀表等組成。

3.2 SCR脫硝技術

SCR煙氣脫硝技術本質(zhì)上是，在一定溫度條件、催化劑的作用下，NOX被NH3還原成對大氣無害的N2和H2O。其脫硝反應原理如下：

NO+NO2+2NH32N2+3H2O

3.2.1 催化劑

催化劑是SCR脫硝工藝的核心技術，根據(jù)煙氣溫度、流速、空間、含塵量、灰的磨損性等，選用不同性能的催化劑。催化劑由活性物質(zhì)及載體組成，有的還加入成型劑和造孔物質(zhì)，制成需要的形狀和孔結(jié)構(gòu)。常用的SCR催化劑一般使用以TiO2為載體的V2O5/WO3及MoO3等金屬氧化物，反應溫度為280～450℃，載體的形狀有網(wǎng)狀、球狀、片狀、柱狀、波紋式、蜂窩式等。新型催化劑效率更高，尤其是MnOX-CoOX（CeOX）/TiO2等新型低溫蜂窩催化劑，可將SCR煙氣脫硝溫度降至120℃以下。

3.2.2 燃煤鍋爐SCR脫硝方案

電廠及工業(yè)鍋爐安裝SCR脫硝裝置，一般有三種方式：

①高溫高塵式，SCR設置在鍋爐煙氣出口與空氣預熱器之間；

②高溫低塵式，SCR設置在高溫電除塵器之后；

③低溫低塵式，SCR設置在省煤器尾部煙道出口之后。

根據(jù)以上三種不同的方案，SCR的運行工況條件也有所不同。高溫高塵式，反應溫度高，催化劑活性好，但是催化劑處于濃塵中，易堵塞、中毒、失去活性，縮短催化劑壽命；高溫低塵式，不利于節(jié)能降耗及維護操作；低溫低塵式，不但無飛灰堵塞，而且采用新型低溫催化劑不消耗動力，可降低熱污染，其工藝流程見圖1。

3.2.3 SCR設備組成

脫硝裝置主要由氨存儲供應系統(tǒng)、SCR反應器及儀表控制系統(tǒng)三大部分組成。

圖1 低溫低塵式SCR脫硝工藝流程

4 SNCR與SCR的比較

SNCR法不用催化劑，脫硝效率低，一般不超過60%，而且還原劑消耗量大，需要較高的NH3/NOX比值。其反應溫度高，受溫度影響較大，需要準確控制反應區(qū)內(nèi)的溫度。若溫度過低，脫硝轉(zhuǎn)化率降低；溫度過高，則引起NH3的氧化，產(chǎn)生多余的NOX，并且運行成本較高。

SCR法脫硝效率高，可達95%以上，滿足未來更嚴格的環(huán)保標準，具有無須更換設備、提高脫硝效率的環(huán)境效益優(yōu)勢。與SNCR法相比，其還原劑消耗量較小，NH3/NOX比值一般不大于1。新型低溫SCR催化劑可在較低溫度下發(fā)生反應，無須加熱裝置，降低了動力消耗，設備運行穩(wěn)定可靠，操作維護簡單，運行成本相對較低。

綜上所述，低溫型SCR煙氣脫硝技術，以其低溫、低塵、低中毒、低成本、高壽命的優(yōu)點，領先于其他煙氣脫硝技術，符合企業(yè)在追求環(huán)境效益的同時追求低投入、低消耗的期望，完全符合可持續(xù)發(fā)展之路。因此，不難看出低溫型SCR煙氣脫硝技術是一項具有深遠發(fā)展?jié)摿Φ臒煔鈨艋夹g，不僅在火電廠和工業(yè)鍋爐有巨大作用，還將在焦化廠、玻璃窯廠、垃圾焚燒廠、煉油廠、水泥廠、鋼鐵廠、硅鐵廠等工業(yè)領域得到進一步應用。

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