電廠煙氣脫硝技術(shù)

沈　峰

（上海市環(huán)境保護(hù)事業(yè)發(fā)展有限公司上海200003）

電廠煙氣脫硝技術(shù)

沈峰

（上海市環(huán)境保護(hù)事業(yè)發(fā)展有限公司上海200003）

氮氧化物（NOx）對(duì)人體有毒害作用，會(huì)參與光化學(xué)煙霧的形成，并會(huì)形成酸雨，造成環(huán)境污染。大氣中的氮氧化物主要來(lái)自于雷電等自然過(guò)程，小部分來(lái)自于人類活動(dòng)的排放。而在人類活動(dòng)造成的氮氧化物排放中，燃煤火電廠是最主要的來(lái)源。因此，針對(duì)火電廠燃燒煙氣的脫硝技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。本文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外有關(guān)火電廠煙氣脫硝的相關(guān)技術(shù)。

氮氧化物；NOx；煙氣脫硝

1　什么是NOx

NOx是一大類氮的氧化物的統(tǒng)稱。氮的氧化物包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。目前大氣中最主要的氮氧化物污染物是NO和NO2。NOx的危害包括誘發(fā)疾病以及造成二次污染。NOx造成的二次污染包括參與形成光化學(xué)煙霧，溶于水中還會(huì)形成酸雨，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響，NOx還是形成區(qū)域細(xì)粒子污染和灰霾的重要因素。由于近年來(lái)我國(guó)NOx排放量的快速提高，酸雨污染也正由以前的硫酸型酸雨開始向硫酸和硝酸復(fù)合型酸雨進(jìn)行轉(zhuǎn)變，目前我國(guó)的酸雨中硝酸根的比例已達(dá)到差不多1/3，這一變化抵消了一部分我國(guó)在SO2減排方面取得的成績(jī)，使我國(guó)酸雨治理的效果打了折扣。

2　NOx的來(lái)源

NOx的主要來(lái)源有燃煤電廠燃燒廢氣、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)廢氣以及機(jī)動(dòng)車尾氣。目前，我國(guó)NOx的排放量中超過(guò)2/3來(lái)自煤炭燃燒，而在被消耗的煤炭中，超過(guò)一半被用于火力發(fā)電，使得燃煤電廠的NOx排放量占NOx排放總量的1/3以上。就目前來(lái)看，火力發(fā)電在未來(lái)十幾年甚至更長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)依然會(huì)是我國(guó)電力供應(yīng)的主力。隨著我國(guó)用電需求的不斷增加，火電裝機(jī)容量勢(shì)必會(huì)有進(jìn)一步的增長(zhǎng)，火電廠的NOx排放量勢(shì)必也將進(jìn)一步增加。

3　目前常見的火電廠NOx控制技術(shù)

目前火電廠常見的NOx控制技術(shù)主要有兩種：一種是通過(guò)對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行控制，達(dá)到減少NOx生成量的目的，稱為低氮燃燒技術(shù)，屬于一種源頭治理措施；另一種則是對(duì)生成后的NOx進(jìn)行凈化處理，達(dá)到減少NOx排放量的目的，即煙氣脫硝技術(shù)，屬于末端治理措施。目前的煙氣脫硝技術(shù)主要包括SCR、SNCR和SNCR-SCR。

3.1低氮燃燒技術(shù)

低氮燃燒技術(shù)是根據(jù)燃料在燃燒過(guò)程中NOx的生成機(jī)理，通過(guò)改變?nèi)紵O(shè)備的燃燒條件來(lái)降低NOx生成和排放的技術(shù)。目前低氮燃燒技術(shù)常用的有兩種，一種是排煙再循環(huán)，該種方法是通過(guò)將部分溫度比較低的煙氣返回燃燒區(qū)，由于煙氣的含氧量和溫度都較低，因此可降低燃燒區(qū)的含氧量以及溫度，從而達(dá)到抑制NOx生成的目的；另一種方法是二段燃燒，該種方法是將整個(gè)燃燒過(guò)程分成不同階段來(lái)完成，第一階段只將燃燒所需的空氣量的70%多通入爐膛內(nèi)，使?fàn)t膛內(nèi)形成缺氧富燃料環(huán)境，使燃料無(wú)法充分燃燒，抑制NOx的生成，第二階段則通入足量的空氣，使剩余燃料充分燃燒，此時(shí)由于燃燒區(qū)溫度低，生成的NOx也較少。目前，應(yīng)用最多的是二段燃燒技術(shù)。

低氮燃燒技術(shù)很適合用來(lái)對(duì)老火電機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造，改造過(guò)程只需對(duì)鍋爐爐膛進(jìn)行改造即可。低氮燃燒技術(shù)既可單獨(dú)應(yīng)用，也可與其他脫硝技術(shù)結(jié)合使用，其脫硝效率一般在10%～50%左右；低氮燃燒技術(shù)目前的工藝已經(jīng)很成熟，且由于其應(yīng)用簡(jiǎn)單，技術(shù)也并不復(fù)雜，因此投資與運(yùn)行費(fèi)用較低。

3.2煙氣脫硝技術(shù)

3.2.1SCR

SCR即選擇性催化還原技術(shù)，是指在催化劑作用下利用NH3的還原性有選擇性地與煙氣中的NOx(主要是NO和NO2)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將NOx還原為氮?dú)?，從而減少煙氣中NO排放的脫硝技術(shù)。在SCR中使用的催化劑主要為V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2等。根據(jù)催化劑的適宜反應(yīng)溫度，催化劑還可細(xì)分為高溫、中溫和低溫催化劑三種。

SCR的脫硝效率最高可達(dá)到90%左右，一般情況下不低于60%。SCR的優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)發(fā)展成熟、運(yùn)行的可靠性較高、且日常維護(hù)方便，在對(duì)脫硝效率有較高的要求時(shí)，相較其他技術(shù)具有更好的經(jīng)濟(jì)性；SCR的缺點(diǎn)主要在于一次投資費(fèi)用高，且由于催化劑價(jià)格昂貴、失效催化劑需再處置、還原劑的消耗量大等原因，致使該技術(shù)運(yùn)行成本較高；除此之外，NH3的使用會(huì)帶來(lái)安全隱患，對(duì)日常的安全管理要求較高。

3.2.2SNCR

SNCR即選擇性非催化還原技術(shù)，其基本原理與SCR基本相同，也是利用NH3的還原性將NOx還原為氮?dú)?，其與SCR的最大區(qū)別在于SNCR不使用催化劑。由于不使用催化劑，因此適宜的還原反應(yīng)溫度區(qū)間范圍很窄，只有800℃～1200℃，當(dāng)溫度低于800℃時(shí)，反應(yīng)速度很慢，還原反應(yīng)難以順利進(jìn)行，而溫度過(guò)高時(shí)又會(huì)由于NH3發(fā)生熱分解導(dǎo)致脫硝效率下降。因此溫度對(duì)SNCR的效率影響較大，溫度控制是SNCR技術(shù)的應(yīng)用難點(diǎn)。

SNCR脫硝效率與SCR相比只有SCR的約一半，最高可達(dá)到約40%，一般不低于20%，但是SNCR無(wú)催化劑反應(yīng)器，占地面積較小，一次投資成本僅為SCR的一半左右。由于不使用催化劑，其運(yùn)行費(fèi)用也不到SCR的2/3，其經(jīng)濟(jì)性較好。

SNCR可以單獨(dú)使用也可作為SCR和低氮燃燒技術(shù)的補(bǔ)充。根據(jù)SNCR技術(shù)的特點(diǎn)，其較適合用來(lái)對(duì)現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造。

3.2.3SNCR-SCR

SCR和SNCR各自的優(yōu)缺點(diǎn)都十分突出，于是出現(xiàn)了SNCR—SCR聯(lián)合技術(shù)。SNCR-SCR充分利用了SCR和SNCR的優(yōu)點(diǎn)，盡可能地減小了兩種技術(shù)的缺點(diǎn)造成的影響。其工作原理是先將還原劑噴入爐膛，利用選擇性非催化還原技術(shù)先脫去部分NOx，而前一步中逃逸出的NH3利用選擇性催化還原技術(shù)，繼續(xù)作為還原劑與前一步未能脫除的NOx進(jìn)行反應(yīng)。通過(guò)兩種技術(shù)的串聯(lián)使用，可以有效除去煙氣中的NOx。

由于低氮燃燒技術(shù)發(fā)展成熟，因此在國(guó)際和國(guó)內(nèi)均已開始得到大范圍的應(yīng)用。通過(guò)以上3種技術(shù)的介紹可以看出，SCR的脫硝效率是最高的，且由于其技術(shù)成熟，因此成為了目前世界范圍內(nèi)使用率最高的技術(shù)，尤其在歐洲和日本等國(guó)，90%以上火電廠煙氣脫硝采用了SCR。SNCR因?yàn)槠渥陨淼募夹g(shù)特點(diǎn)和成本優(yōu)勢(shì)，也正在得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

4　其他煙氣脫硝技術(shù)

以上所提到的脫硝技術(shù)均屬于已經(jīng)比較成熟的技術(shù)，但是技術(shù)的探索腳步不可能僅僅止步于此，于是很多研究人員又開始研發(fā)新的脫硝技術(shù)，這其中主要包括液體吸收法、微生物法、活性炭吸附法和電子束法等。

4.1液體吸收法

液體吸收法所使用的主要吸收劑包括水、酸堿溶液和氨溶液等，其主要是利用NOx在液體中的溶解性或者與吸收劑發(fā)生反應(yīng)來(lái)達(dá)到去除的目的。NO極難溶于水，用此方法只能去除部分的NOx，從而導(dǎo)致最終的脫硝效率低下。為了解決脫硝效率低下的問(wèn)題，又相繼發(fā)展出了絡(luò)合吸收法、氧化法和還原吸收法等。

絡(luò)合吸收法是讓NO與吸收劑，如Fe(II)EDTA等形成絡(luò)合物，從而將NO脫除。氧化法是使用如高錳酸鉀、雙氧水之類的強(qiáng)氧化劑將NO氧化為NO2，而NO2則易溶于水，可被堿性或酸性吸收液有效吸收。還原吸收法則是利用諸如尿素等還原劑將NOx還原成為N2。

液體吸收法由于受到吸收速率等因素的制約，其處理效率太低，無(wú)法勝任大煙氣量的處理需求，根本無(wú)法應(yīng)用于火電廠這種煙氣量極大的企業(yè)。

4.2微生物法

微生物法主要利用反硝化細(xì)菌將煙氣中的NOx進(jìn)行同化反硝化，使其轉(zhuǎn)化為細(xì)菌的一部分來(lái)達(dá)到脫硝的目的。微生物法的脫硝率最高可以達(dá)到80%。該種方法的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單、處理費(fèi)用低以及無(wú)二次污染。目前微生物法仍然處于初始研究階段，對(duì)反硝化細(xì)菌的研究還不夠，且NO難溶于水的特性，直接影響到了微生物的轉(zhuǎn)化效率，以上種種，致使微生物法離投入實(shí)際應(yīng)用還有很遠(yuǎn)的距離。

4.3活性炭吸附法

活性炭吸附法可同時(shí)脫硫脫硝，可達(dá)到80%以上的脫硝效率?；钚蕴吭谑褂靡欢螘r(shí)間后會(huì)失去活性，通過(guò)解析之后的活性炭可循環(huán)使用。這一過(guò)程中，活性炭既是優(yōu)良的吸附劑，又是催化劑與催化劑載體?；钚蕴康奈教匦钥梢云鸬矫摿虻淖饔茫撓鮿t是將活性炭作為催化劑，通過(guò)NH3的還原性將NOx還原為N2。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫和脫硝，且脫除率均較高，吸附劑可循環(huán)利用，缺點(diǎn)在于吸附劑用量多，設(shè)備龐大，再生頻繁，易造成二次污染。

4.4電子束法

電子束法可同時(shí)脫硫脫硝，脫硝效率可達(dá)到85%。處理過(guò)程中，無(wú)二次污染產(chǎn)生。電子束法的主要原理是利用電子束照射后產(chǎn)生的自由基的強(qiáng)氧化性，使SOx和NOx生成為硫酸和硝酸。生成的硫酸和硝酸與一同通入反應(yīng)器的氨發(fā)生中和反應(yīng)，生成硫酸銨和硝酸銨顆粒，從而達(dá)到脫硫脫硝的目的。該種方法的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性好，可適應(yīng)不同濃度、不同煙氣量的處理需求，其最終產(chǎn)生的硫酸銨和硝酸銨可進(jìn)一步進(jìn)行綜合利用，如生產(chǎn)化肥等。但是該種方法運(yùn)行費(fèi)用高，關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)含量高，不易掌握。

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前電廠煙氣脫硝使用最多的技術(shù)為低氮燃燒技術(shù)、SCR、SNCR、SCR-SNCR等，其中以SCR技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛，以上這些技術(shù)均已發(fā)展較為成熟，且經(jīng)過(guò)實(shí)際工程檢驗(yàn)，可取得不錯(cuò)的脫硝效果。除這些常用技術(shù)外，還有一些較少使用的技術(shù)，如液體吸收法、微生物法、活性炭吸附法和電子束法等，這些方法或由于效果不理想或由于技術(shù)難度大等原因，距離實(shí)際應(yīng)用仍有較長(zhǎng)的路要走。但是一旦克服技術(shù)難關(guān)，如微生物法、電子束法等新技術(shù)將具有巨大的應(yīng)用潛力。

[1]楊宏軍,朱禮想，李勝利，王建中.火電廠降低NO排放的技術(shù)研究.電力科技與環(huán)保,2011(6).

[2]燕中凱，劉媛，尚光旭.火電廠脫硝技術(shù)現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)與市場(chǎng)發(fā)展預(yù)測(cè).中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè),2011(5).

[3]丁惠敏,段靜.火電廠煙氣NOx控制技術(shù)分析及脫硝技術(shù)比較.吉林電力,2011(6).

[4]謝平.火力發(fā)電廠煙氣脫硝技術(shù)研究.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2011(33).

[5]項(xiàng)昆.3種煙氣脫硝工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析.熱力發(fā)電,2011(6).

[6]李敬,王振國(guó),陳楠.燃煤電廠脫硝技術(shù)研究.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì), 2011(10).

[7]黃杰克頌.煙氣脫硝裝置技術(shù)介紹.大陸橋視野,2011(4).

[8]楊日光,韓利,楊濤,劉強(qiáng).燃煤電廠脫硝新技術(shù)研究進(jìn)展.東北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2010(2).

[9]武文峰,王紅麗.火電廠煙氣脫硝技術(shù).科學(xué)與財(cái)富,2010(11).

[10]孔凡新,夏友剛,王士明,周廣.淺談當(dāng)前火電廠煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展概況及其應(yīng)用.今日科苑,2008(22).

[11]王文選,肖志均,夏懷祥.火電廠脫硝技術(shù)綜述.電力設(shè)備,2006(8).

[12]林愛榮,火電廠脫硝系統(tǒng)原理及運(yùn)行.2009-2009年火電廠環(huán)境保護(hù)綜合治理技術(shù)研討會(huì).

[13]杜云貴,王方群.國(guó)內(nèi)火電廠脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及建議.重慶市電機(jī)工程學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)會(huì)議,2008.

[14]李群.電廠煙氣脫硝技術(shù)分析.華電技術(shù),2008(9).

[15]Chih-Yu Cheng,Shiao-Shing Chen,Chih-Hui Tang,Yu-Min Chang,Hsu-Hui Cheng,Hsuan-Liang Liu,High temperature fluidized bed zero valent iron process for flue gas nitrogen monoxide removal. Journal of Environmental Engineering&Science;May2008,Vol.7 Issue 3:165-173.

[16]Tsukamoto,Shunsuke Namihira,Takao Wang,Douyan Katsuki, Sunao Akiyama,Hidenori Nakashima,Eisaku Sato,Akihiro Uchida, Yoshitaka Koike,Masami,Pollution control of actual flue gas using pulsed power at a thermal power plant.Electrical Engineering in Japan; 3/1/2001,Vol.134 Issue 4:28-35.

[17]Chmielewski,Andrzej G.Tyminski,Bogdan Zimek,Zbigniew Pawelec,AndrzejLicki,Janusz,Industrial Plant for Flue Gas Treatment with High Power Electron Accelerators.AIP Conference Proceedings;2003,Vol.680 Issue 1:873.

[18]H.J.Hamel,V.Fattinger,W.Jaeger,H.Termuehlen,Near-Zero SO2,NOx,Hgand PMEmissions in Stack Gases.

[19]Bratislav M.Obradovia,Goran B.Sretenovia,Milorad M.Kuraica. Adual-use ofDBDplasma for simultaneous NOxand SO2removal from coal-combustion flue gas.JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS185,2（3）:1280-1286.

[20]Florian Winklera,Nicole Schoedela,Hans-J rg Zandera,Roland Ritter,Cold DeNOx development for oxyfuel power plants.INTERNATIONAL JOURNAL OF GREENHOUSE GAS CONTROL,2011,5(增刊1):S231-S237.DOI:10.1016/j.ijggc.2011.05.007.

[21]Lazaroiu Gh.;Zissulescu E.;Sanduc M.Electron beam non-thermal plasma hybrid system for reduction of NO,and SO,emissions from power plants.ENERGY,32(12):2412-2419.DOI:10.1016/j.energy. 2007.05.012.

[22]Benson SA;Laumb JD;Crocker CR,SCR catalyst performance in flue gases derived from subbituminous and lignite coals.FUEL PROCESSING TECHNOLOGY,86(5):577-613.DOI:10.1016/j.fuproc. 2004.004.

[23]Hsin Chu,Tsung-Wen Chien and Bour-Wei Twu,Simultaneous Absorption of SO2and NO in a Stirred Tank Reactor with NACLO2/NaOH Solutions.Water,Air,&Soil Pollution Volume 143,Numbers 1-4(2003),337-350,DOI:10.1023/A:1022838623521.

[24]G.E.Marnellos,M.P.Antoniou,E.A.Efthimiadis and I.A.Vasalos,Kinetic and Mechanistic Studies of NOX Selective Catalytic Reduction Over In/Al2O3and N2O Decomposition Over Ru/Al2O3.Water, Air,&Soil Pollution:Focus Volume 4,Numbers 4-5(2004):31-43. DOI:10.1023/B:WAFO.0000044784.07752.62.

[25]Joo-Hong Choi,Sung-Kyoung Kim,Sun-Jong Ha and Young-Ok Park,ThepreparationofV2O5/TiO2catalystsupportedontheceramicfilter candleforselectivereductionofNO.KoreanJournalofChemicalEngineeringVolume18,Number4(2001):456-462,DOI:10.1007/BF02698290.