淺析燃煤鍋爐SCR法煙氣脫硝技術(shù)

蘇林李婷（. 中國神華煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司，新疆烏魯木齊 83000；.新疆自治區(qū)污染物監(jiān)控與信息中心，新疆烏魯木齊 83000）

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淺析燃煤鍋爐SCR法煙氣脫硝技術(shù)

蘇林1李婷2
（1. 中國神華煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司，新疆烏魯木齊 832000；2.新疆自治區(qū)污染物監(jiān)控與信息中心，新疆烏魯木齊 832000）

【摘要】過去我國電廠大多數(shù)都是以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價來獲取高額的經(jīng)濟(jì)效益，但是這樣粗放式的經(jīng)濟(jì)增長方式已經(jīng)不適合現(xiàn)在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀了?，F(xiàn)在需要的是綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展，因此電廠想要在未來的市場中占有一席之地，就必須要緊跟時代的腳步，將工作的重點放在凈化鍋爐煙氣上去，集中科研力量降低鍋爐煙氣中對生態(tài)環(huán)境有害的物質(zhì)。而SCR還原脫硝技術(shù)作為我國業(yè)內(nèi)使用最為普遍且最為成熟的煙氣脫硝方法，對于電廠進(jìn)行煙氣脫硝有著十分有益的作用。本文先對SCR（選擇性催化還原法）方法的基本原理和流程進(jìn)行了簡要介紹，然后介紹了反應(yīng)塔的布置方法，希望可以為相關(guān)從業(yè)人員提供一點參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】燃煤鍋爐 SCR法 煙氣脫硝

大氣中的氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物VOC達(dá)到一定濃度后，在太陽光照射下經(jīng)過一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，就會產(chǎn)生以高濃度臭氧和細(xì)顆粒物為特征的光化學(xué)煙霧，形成夏季城市天空經(jīng)常出現(xiàn)的藍(lán)色煙霧。由于我國大氣中VOC濃度較高，光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生主要受氮氧化物制約，大氣氮氧化物的微小增加都會加重光化學(xué)煙霧的污染。光化學(xué)煙霧是一種二次污染，污染區(qū)主要位于污染源下風(fēng)向30-50km。由于臭氧和細(xì)顆?？梢蚤L距離傳輸，造成區(qū)域性的氧化劑污染和細(xì)顆粒污染，使區(qū)域空氣質(zhì)量退化，太陽輻射減少，氣候發(fā)生變化，對生態(tài)系統(tǒng)造成損害，使農(nóng)作物減產(chǎn)。由于大氣的氧化性，氮氧化物在大氣中形成硝酸和硝酸鹽細(xì)顆粒物，同硫酸和硫酸鹽細(xì)顆粒物一起，發(fā)生遠(yuǎn)距離傳輸，從而加速了區(qū)域性酸雨的惡化。我國在近些年來一直倡導(dǎo)綠色無污染的生產(chǎn)方式，并且國家頒布了很多相關(guān)條例來限制各類工廠的排放廢氣中有害物質(zhì)含量。因此我國的電力供應(yīng)企業(yè)都紛紛開始地實行煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用，但是由于我國的煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用時間相對較短，和其他國家相比還有較大的差距，要向國際其他技術(shù)比較成熟的國家進(jìn)行學(xué)習(xí)和借鑒。

1 SCR法的基本原理及工藝流程

鍋爐煙氣脫硝，在降低環(huán)境污染、改善大氣氣候等方面起著非常重要的作用。SCR技術(shù)對鍋爐煙氣氮氧化物控制效果十分顯著，占地面積小，技術(shù)成熟，易于操作，氨逃逸率低，脫硝效率高達(dá)90%以上，對煤種適應(yīng)性強(qiáng)，并能適應(yīng)燃煤含氮量在一定范圍內(nèi)的變化，吸收劑氨來源可靠，幾乎無二次污染，可作為我國煙煤電廠控制氮氧化物污染的主要手段之一。對于SCR法煙氣脫硝工藝，如電廠地處城市遠(yuǎn)郊或遠(yuǎn)離城區(qū)，且液氨產(chǎn)地距電廠較近，在能保證安全、正常供應(yīng)情況下，宜選擇液氨作為還原劑；處于大中城市及其郊區(qū)的電廠，宜選擇尿素作為還原劑，基于此，下面對其工作的基本原理和工藝流程進(jìn)行深入分析和研究，以便能夠使相關(guān)工作人員對其有著更為詳細(xì)的認(rèn)識和了解。

1.1 基本原理

SCR法以氨氣為還原物，以氨儲罐、盛放催化劑的容器以及還原劑為主要的反應(yīng)裝置。煙氣中氮氧化物是重要的大氣污染物之一，其主要組成成分是一氧化氮和二氧化氮，其中一氧化氮的比例最大，可達(dá)93%，因此脫硝反應(yīng)通常都是以一氧化氮、氨氣還有氧氣為反應(yīng)物，生成氮氣和水。除了以上主要反應(yīng)以外，還會產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，煙氣中的二氧化硫、氨和氧氣反應(yīng)生成硫酸銨等有害物質(zhì)。催化劑在這些反應(yīng)中可以起到提高活性、加快反應(yīng)速度的作用，尤其是對于一氧化氮的還原反應(yīng)有著非常明顯的作用；來自煙氣的氧氣在這些反應(yīng)中起到很大的作用，整個反應(yīng)都需要有氧氣源源不斷地供應(yīng)才能維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。SCR技術(shù)中想要保證反映的順利進(jìn)行，就必須要將SCR區(qū)域溫度控制在290～430℃，溫度過高過低都不可以，過低會導(dǎo)致反應(yīng)物硫酸銨產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象，進(jìn)而覆蓋在催化劑表面，降低催化劑的活性，而溫度過高則會造成催化劑高溫?zé)Y(jié)進(jìn)而失活，降低脫硝效率。

1.2 工藝流程

SCR工藝系統(tǒng)流程主要由貯氨、混氨、噴氨、反應(yīng)塔（催化劑）系統(tǒng)、煙道及控制系統(tǒng)等組成。液氨由汽車運(yùn)至液氨儲罐儲藏，無水液氨的儲存壓力取決于儲罐的溫度（例如20℃時壓力為1MPa），液氨經(jīng)過蒸發(fā)器加熱為氨氣，再通過減壓閥進(jìn)入氨氣緩沖罐，稀釋風(fēng)機(jī)通過氨氣混合器與氨氣成一定比例混合，其作用一是稀釋氨氣，二是增加反應(yīng)器處氧含量。經(jīng)稀釋的氨氣通過噴氨系統(tǒng)中噴嘴進(jìn)入到煙道格柵中，與原煙氣混合，在催化劑作用下，煙氣中的氮氧化物與氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

2 SCR法脫硝反應(yīng)塔布置方案

2.1 高溫高飛塵煙氣段布置

由于反應(yīng)塔布置在空氣預(yù)熱器和省煤器之間，這樣就可以輕松地將煙氣反應(yīng)溫度控制在300～400℃，有利于大部分反應(yīng)的順利進(jìn)行，這樣安置還有利于節(jié)省燃料，因為煙氣的溫度早已經(jīng)達(dá)到反應(yīng)溫度，不需要進(jìn)行二次加熱，就可獲得好的氮氧化物凈化效果。因此，這種煙氣布置方法具有初期投資低、技術(shù)成熟、能夠獲得較為理想的反應(yīng)效果的優(yōu)點，在新建電力供應(yīng)企業(yè)中得到很廣泛的應(yīng)用；這種反應(yīng)塔的布置方法除了有上述優(yōu)點之外，還具有一些不可忽視的缺點：高溫?zé)煔庥捎陲w塵含量相較于其他種類煙氣較高，這就加大了煙氣和催化劑之間的摩擦力，使得催化劑顆粒表面更容易受到破壞和磨損，還會加大催化劑被飛塵以及反應(yīng)物顆粒覆蓋的可能，引起催化劑表面透氣孔的阻塞，除此之外，飛塵中含有的有害物質(zhì)如K、Na、Ca、Si、As等，易造成催化劑失去活力，喪失其原有的功能及作用。通過催化劑的硬化、吹灰器的安裝、催化劑的及時清理等可以降低上述情況發(fā)生的可能。

2.2 高溫低飛塵煙氣段布置

對于這種溫度較高但飛塵含量較低的煙氣適宜布置在反應(yīng)塔中除塵器和空氣預(yù)熱器之間，這樣的煙氣布置方法能夠保證煙氣的高溫度，并且煙氣粉塵含量大大減少，可以降低飛塵對于催化劑的磨損及消耗，還會大大減少飛塵中有害物質(zhì)對于催化劑的毒害作用，這些都是相較于高溫高飛塵煙氣比較優(yōu)勢的地方，但是高溫低飛塵的煙氣中飛塵含量雖然降低了，但是包含了更多的硫氧化物，并且飛塵直徑及數(shù)量的減少使其更容易造成催化劑表面孔徑的堵塞，從而使催化劑表面的粉塵更難清理，換熱效率大大降低，影響脫硝反應(yīng)的順利進(jìn)行。因此，對于相關(guān)工作人員在進(jìn)行SCR法脫硝反應(yīng)塔布置時，必須做好高溫低飛塵煙氣段布置，大大提高換熱效率，進(jìn)而能夠有效確保脫硝反應(yīng)的順利進(jìn)行。

2.3 低溫低飛塵煙氣段布置

和上述高溫高飛塵煙氣以及高溫低飛塵煙氣的布置不同，低溫低飛塵煙氣段的布置的反應(yīng)塔要安裝在脫硫系統(tǒng)以及空氣加熱器之后，由于這種煙氣的溫度較低且飛塵含量不高，硫氧化物的含量處在一個極低的數(shù)值，催化劑不易遭到大量的磨損和破壞，表面的孔徑也不會輕易堵塞，保證了催化劑作用的正常發(fā)揮，使其的活性及壽命都得到很好的延續(xù)，因此可以選擇表面孔徑較小的催化劑作為反應(yīng)的催化物質(zhì)，但要注意的是一定要選擇比表面積相對較大的催化劑，另外，這樣還可以保證煙氣運(yùn)輸更加流暢，加快了煙氣運(yùn)輸?shù)乃俣?，提高了煙氣運(yùn)輸效率，因此，使用較少的催化劑就會達(dá)到一個比較好的催化效果，從一定程度上降低了電力供應(yīng)企業(yè)對于催化劑的資金投入，從而降低了企業(yè)的運(yùn)營成本，為獲取更多的利益奠定了一定的基礎(chǔ)；除了上述優(yōu)點之外，這種反應(yīng)塔的布置方法還有如下缺點：由于煙氣溫度不是很高，在煙氣進(jìn)入反應(yīng)塔之后溫度一般都是在45～65 ℃之間，離煙氣脫硝反應(yīng)需要的溫度還差很遠(yuǎn)，需要使用價格高昂的氣體加熱器對低溫?zé)煔膺M(jìn)行二次加熱，氣體加熱器的運(yùn)行需要大量的燃料維持，對于那些新建或者是整修的火電廠來說是一筆不小的投資，想要維持設(shè)備的運(yùn)行還需要很多后續(xù)資金的投入，另外，還需要專業(yè)的維修人員對該設(shè)備進(jìn)行日常維修，雇傭

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這些專業(yè)人才又需要很多的費(fèi)用，這都是新興的火電廠難以支付的龐大支出，即便能夠付出這些費(fèi)用，對于火電廠未來的發(fā)展也是極為不利的。

3 結(jié)語

SCR技術(shù)作為適用于我國大多數(shù)電廠的重要脫硝技術(shù)，對于煙氣脫硝有著十分重要的意義。只有合理采用SCR脫硝技術(shù)才可以將燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣中的硝含量降低到國家標(biāo)準(zhǔn)之下，電廠氮氧化物的排放才可以得到有效制約，才會減緩周圍生態(tài)環(huán)境及大氣質(zhì)量的繼續(xù)惡化，進(jìn)而減少惡劣天氣給居民生活帶來的不良影響，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)和社會基礎(chǔ)。綜上所述，SCR技術(shù)在我國得到較為廣泛的應(yīng)用，國家有關(guān)部門也倡導(dǎo)相關(guān)企業(yè)采用此種技術(shù)進(jìn)行脫硝處理，還要求企業(yè)大力研發(fā)脫硝技術(shù)，提高脫硝效率，促進(jìn)電廠的可持續(xù)發(fā)展，和我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展齊頭并進(jìn)，獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，并為我國生態(tài)環(huán)境的保護(hù)貢獻(xiàn)一份力量。

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