燃煤電廠脫硝技術(shù)應(yīng)用綜述

趙陽 王一言 郭恒業(yè)

摘 要：本文根據(jù)燃煤電廠脫硝技術(shù)研究進(jìn)展，介紹了低氮燃燒技術(shù)中空氣分級燃燒、煙氣再循環(huán)及低氮燃燒器技術(shù)工作原理與各自導(dǎo)致脫硝效率低的缺點(diǎn)，同時分析了煙氣脫硝技術(shù)中選擇性非催化還原或催化還原脫硝的原理，并對影響脫硝效率的因素進(jìn)行必要闡述。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;脫硝技術(shù);還原技術(shù)

中圖分類號：X773文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）32-0141-02

Summary of Application of Denitration Technology in Coal-fired Power Plants

ZHAO Yang WANG Yiyan GUO Hengye

（School of Mechanical Engineering，North China University of Water Resources and Electrical Power，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Based on the research progress of denitrification technology in coal-fired power plants， this paper introduced the working principles of air staged combustion， flue gas recirculation and low nitrogen burner technology in low nitrogen combustion technology and their respective shortcomings leading to low denitrification efficiency. At the same time， the principle of selective non-catalytic reduction or catalytic reduction denitrification in flue gas denitrification technology was analyzed， and the factors affecting denitrification efficiency were expounded.

Keywords： coal-fired power plant;denitration technology;reduction technology

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力需求量持續(xù)上漲，燃煤電廠燃煤量明顯增加，這導(dǎo)致燃煤電廠NOx排放量逐年增多。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近十年來燃煤電廠NOx排放量呈幾何倍數(shù)增長，2015年全國燃煤電廠NOx排放量已達(dá)到980萬t，預(yù)計(jì)到2020年，燃煤電廠NOx排放量可能達(dá)到1 500萬t。從我國對能源的需求來看，燃煤發(fā)電在未來一段時間內(nèi)仍然占據(jù)電力生產(chǎn)主要位置，所以對燃煤電廠污染物排放進(jìn)行控制是治理空氣污染的重中之重[1]。

1 燃煤電廠脫硝技術(shù)的研究進(jìn)展

目前，控制氮氧化物排放的技術(shù)主要是降低燃燒過程中氮氧化物生產(chǎn)量和減少煙氣中氮氧化物排放量，前者主要通過低氮燃燒技術(shù)控制氮氧化物生成;后者通過煙氣脫硝技術(shù)控制氮氧化物排放。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對治理污染物排放進(jìn)行了大量試驗(yàn)和研究，使低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)越來越成熟，脫硝效率得到了有效提升。一些學(xué)者采用雙尺度低NOx燃燒改造方案，采用橫、縱向空氣分級，使低NOx燃燒器和低NOx功能小區(qū)相互結(jié)合，改造前后爐膛出口NOx濃度從700mg/Nm3降至2 400mg/Nm3[2]。另外，個別研究人員采用SCR脫硝工藝作為機(jī)組脫硝技術(shù)方案，脫硝率可達(dá)80%，氨逃逸率小于3μL·L-1[3]。

2 低氮燃燒技術(shù)分析

2.1 空氣分級燃燒

通過將燃燒所需空氣量分為兩級送進(jìn)爐膛。第一級燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)為0.8，燃料先在富燃料條件下燃燒，燃燒溫度和速度都逐漸降低，從而抑制熱力型NOx的生成;在第二級燃燒區(qū)將剩余燃料輸入爐膛，使區(qū)域變?yōu)楦谎跞紵齾^(qū)。該方法不適合所有類型鍋爐，而且可能造成爐膛結(jié)渣和腐蝕，降低鍋爐燃燒效率。

2.2 煙氣再循環(huán)技術(shù)

將鍋爐尾部低溫?zé)煔饨?jīng)過再循環(huán)風(fēng)機(jī)回抽入助燃空氣中，經(jīng)過燃燒器直接送入爐膛或者與一、二次風(fēng)混合后送入爐膛，達(dá)到降低燃燒區(qū)氧濃度和溫度的效果，從而降低NOx生成量。煙氣再循環(huán)技術(shù)能夠改善混合燃料燃燒性能，進(jìn)而防止?fàn)t膛結(jié)渣。但該技術(shù)可能導(dǎo)致不完全燃燒熱損失增大，不適應(yīng)難燃燒類煤種。

2.3 低氮燃燒器技術(shù)

低氮燃燒器技術(shù)主要分為階段燃燒器、自身再循環(huán)燃燒器、濃淡型燃燒器、混合促進(jìn)型燃燒器和低NOx預(yù)燃室燃燒器。該技術(shù)主要通過改變空氣與燃料混合比例，達(dá)到控制NOx生成量目的。低氮燃燒器結(jié)構(gòu)比普通燃燒器更加復(fù)雜，降低燃燒效率較低。新型低氮燃燒器將煙氣再循環(huán)，并將燃料分級后和空氣混合在一起，顯著提高脫硝效果，脫硝效率達(dá)到50%～70%。

3 煙氣脫硝技術(shù)

3.1 選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）

選擇性非催化還原技術(shù)工作原理是在沒有催化劑情況下，在爐內(nèi)噴入NH3或者尿素等還原劑與高溫?zé)煔庵械腘Ox反應(yīng)生成H2O和N2。反應(yīng)方程式如式（1）所示。

[4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

當(dāng)溫度過高時，會發(fā)生其他反應(yīng)，如式（2）所示。

[4NH3+5NO+O2→4N2+6H2O]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

當(dāng)溫度低于850℃時，反應(yīng)將不完全，氨的逃逸率也比較高，而且反應(yīng)后還會生成二次污染物;當(dāng)溫度過高時，NH3被氧化生成NO，同樣會對空氣造成污染。因此，選擇性非催化還原技術(shù)問題在于氨利用率不高，導(dǎo)致脫硝效率偏低，所以需要對鍋爐內(nèi)部進(jìn)行改造，以降低氨逃逸率。

3.2 選擇性催化還原技術(shù)（SCR）

選擇性非催化還原技術(shù)的工作原理是通過噴氨格柵將NH3噴入煙道中，利用還原劑，在300～450℃溫度下，優(yōu)先將NOx轉(zhuǎn)化為N2和H2O，反應(yīng)原理如圖1所示，反應(yīng)方程式如式（3）、式（4）所示。

[4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

[8NH3+6NO2→7N2+12H2O]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

與SNCR相比，SCR煙氣脫硝效率較高，脫硝率可達(dá)90%以上，技術(shù)含量高且技術(shù)成熟。但影響SCR脫硝效率的因素也有很多，如當(dāng)煙氣量的增加時，會導(dǎo)致脫硝反應(yīng)器內(nèi)流入過量煙氣，NOx生成量增多而煙氣脫硝效率降低，無法達(dá)到規(guī)定脫硝效率;再如，煙氣溫度會影響催化反應(yīng)的進(jìn)程，催化反應(yīng)會在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，且存在最佳煙氣溫度使催化效果最好的情況，如在使用V2O5/TiO2催化劑時，煙溫升高會使催化劑催化效果增強(qiáng)，煙溫達(dá)到400℃時，催化劑催化效果最強(qiáng)，能夠增強(qiáng)脫硝效率，若煙溫繼續(xù)升高，則會降低催化劑活性，導(dǎo)致脫硝效率變低。另外，若脫硝反應(yīng)器為垂直布置，煙氣會隨脫硝系統(tǒng)從上而下流動，煙氣飛灰顆粒過大會造成煙氣孔道堵塞，影響脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行;煙氣顆粒過大還可能會使催化劑磨損，影響脫硝效率，使氨逃逸率增大。

催化劑結(jié)構(gòu)類型包括波紋式、蜂窩式及平板式。波紋式催化劑活性效果強(qiáng)于蜂窩式和平板式，這對于脫硝系統(tǒng)運(yùn)行更具實(shí)用性，但波紋式催化劑結(jié)構(gòu)體積比其他兩種更大，抗磨能力較弱，應(yīng)對催化劑加以防護(hù)。

4 結(jié)論

通過本文研究，對燃煤電廠脫硝技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行了比較全面的分析，最終得出如下結(jié)論。

①低氮燃燒技術(shù)是降低NOx排放的主要技術(shù)，空氣分級燃燒可能造成爐膛結(jié)渣和腐蝕;煙氣再循環(huán)技術(shù)爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，不適應(yīng)難燃燒的煤種;新型低氮燃燒器利用煙氣再循環(huán)、燃料分級和空氣分級等技術(shù)，顯著提高脫硝效果，脫硝效率可達(dá)到50%～70%。前兩種脫氮效率較低，后者脫硝效率較高。

②煙氣脫硝技術(shù)屬于燃燒后降低NOx排放技術(shù)，SNCR技術(shù)問題在于氨利用率不高，且逃逸率較大，造成脫硝效率低下;SCR煙氣脫硝效率較高，能夠達(dá)到90%以上，但影響SCR脫硝效率的因素也比較多，如煙氣流量、煙氣溫度、煙氣飛灰顆粒以及催化劑結(jié)構(gòu)類型等。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉飛.燃煤電廠煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2017.

[2]鄔文彬.某電廠600MW機(jī)組煙氣脫硝技術(shù)改造方案研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2016.

[3]范劍明，武新崗.煤粉爐低氮燃燒及煙氣脫硝改造設(shè)計(jì)典型示范[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2017（5）：59-61.