燃煤電廠煙氣脫硝技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)的研究

汪卉

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，氮氧化物污染已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的問題。本文介紹了當(dāng)前脫硝技術(shù)的概況，對(duì)選擇性還原法（SCR）和非選擇性還原法（SNCR）的反應(yīng)原理、工藝流程等方面進(jìn)行了闡述，并根據(jù)當(dāng)前我國(guó)脫硝工藝的發(fā)展趨勢(shì)提出合理可行的建議。

【關(guān)鍵詞】脫硝；SNCR；燃煤電廠

0 引言

氮氧化物（NOx）是一種大氣污染物，它會(huì)和空氣中的水結(jié)合，促進(jìn)酸雨的形成；也會(huì)和其他污染物在一定條件下產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，影響能見度；它還參與臭氧層的破壞， 氧化亞氮在高空同溫層中會(huì)破壞臭氧層，使較多的紫外線輻射到地面， 增加皮膚癌的發(fā)病率。目前，我國(guó)的主要發(fā)電形式是基于燃煤的火力發(fā)電方式，占整個(gè)電能裝機(jī)容量60%以上，的最大污染源就在于燃煤電廠的煙氣排放，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2007年我國(guó)火電廠排放的氮氧化物總量已增至840萬噸。據(jù)專家預(yù)測(cè)，若不控制，2020年我國(guó)氮氧化物排放總量將達(dá)到3000萬噸。隨著當(dāng)局政府和民眾對(duì)環(huán)保重視程度的不斷提升，國(guó)家氮氧化物排放政策標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，國(guó)家2011年新發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)中再一次提高了對(duì)火電廠氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。建設(shè)電廠在滿足社會(huì)能源需求的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)燃煤電廠氮氧化物排放在有效控制，減少空氣污染，減輕氮氧化物排放給人類的生活環(huán)境帶來的嚴(yán)重危害。因此，必須嚴(yán)格控制燃煤電廠氮氧化物的排放量，脫硝技術(shù)就顯得尤為重要。

1 脫硝技術(shù)概況

目前，我國(guó)對(duì)于燃燒產(chǎn)生的控制方法按燃燒前后處理時(shí)序的不同分為三大類：燃燒前、燃燒中以及燃燒后脫硝[1]。

燃燒前脫硝就是減少燃料中的氮成分或者是使用含氮量低的燃料，減少生成量，主要有兩種方法：加氫和洗選。加氫脫硝的原理是使原料煤中烯烴、芳烴選擇性加氫飽和、將原料煤中的硫、氮、氧等非烴化合物氫解以及讓原料煤脫除金屬和瀝青等雜質(zhì)[2]。洗煤和選煤是指通過洗選出去或減少原煤中所含的灰分、矸石、硫、氮等雜質(zhì)，并根據(jù)煤種、灰分、熱值和粒度將其按分成不同等級(jí)的煤以滿足不同場(chǎng)景的需求[2]。但是這兩種方法技術(shù)要求和成本較高，實(shí)用性不強(qiáng)。

燃燒中脫硝是指在燃燒過程中通過改進(jìn)燃燒方式和生產(chǎn)工藝來降低鍋爐內(nèi)的生成量，也就是低燃燒技術(shù)。常用的燃燒中脫硝技術(shù)主要有低過量空氣燃燒（LEA）、空氣分級(jí)燃燒、采用低燃燒器、煙氣再循環(huán)技術(shù)等。任何一個(gè)燃燒中脫硝技術(shù)的原理都是基于以下三個(gè)方面考慮：一是，降低火焰溫度，防止形成局部高溫區(qū)；二是，在減小過量空氣系數(shù)和氧氣濃度，使煤 粉在缺氧條件下燃燒；三是，減少煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間。燃燒中脫硝方法能減少20%～80%的的生成，技術(shù)簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低，但由于爐內(nèi)低燃燒技術(shù)的局限性，使得生成的控制效果不太理想。因此，在電廠中，一般是利用它作為一級(jí)脫硝技術(shù)，配合煙氣脫硝使用。

燃燒后脫硝是指對(duì)燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行處理，即在煙道尾部加裝脫硝裝置，將煙氣中的還原或者吸附的方法，又稱煙氣脫硝技術(shù)。煙氣脫硝技術(shù)按反應(yīng)劑的形態(tài)不同分為濕法脫硝和干法脫硝。濕法是指反應(yīng)劑為液態(tài)，通過O2、ClO2、KMnO2把氧化為NO2，然后用水或堿性溶液吸收NO2來達(dá)到脫硝的目的，包括水吸收法、酸性吸收法、液相還原吸收法等，但是濕法脫硝產(chǎn)生的二次污染產(chǎn)物難以處理，電廠一般不使用濕法脫硝。干法是指反應(yīng)劑為氣態(tài)的工藝技術(shù)，有選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）、選擇性非催化還原法（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）等。燃燒后脫硝是當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用最多最廣泛的脫硝方法。

2 SCR原理及其工藝流程

目前商業(yè)應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)為選擇性催化還原（SCR）脫硝工藝。SCR工藝是美國(guó)Eegelhard公司發(fā)明的，但是其工業(yè)化實(shí)現(xiàn)則是在20世紀(jì)70年代由日本率先完成的。

2.1 SCR反應(yīng)原理

SCR的基本原理利用還原劑（NH3）和金屬催化劑在一定溫度條件下，“選擇性”地與發(fā)生反應(yīng)，將煙氣中的還原為氮?dú)夂退甗2]。其主要反應(yīng)方程式如下：

2.2 SCR脫硝工藝流程

SCR系統(tǒng)一般是由氨儲(chǔ)存系統(tǒng)、氨/空氣噴霧系統(tǒng)、催化反應(yīng)器系統(tǒng)、省煤器旁路、SCR旁路、檢測(cè)控制系統(tǒng)等組成[3]。其工藝流程如下：液氨罐車將液氨運(yùn)送到液氨儲(chǔ)罐，再由蒸發(fā)器將其蒸發(fā)成氨氣，再將氨氣加熱到常溫，送入氨緩沖槽中備用。運(yùn)行時(shí)，將緩沖槽的備用氨氣減壓，再由氨/空氣混合器將氨氣與空氣混合，送入煙道內(nèi)的噴氨格柵，再通過靜態(tài)混合器將其與煙氣充分混合，最后進(jìn)入到SCR反應(yīng)器中?；旌铣浞趾蟮倪€原劑和煙氣在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，去除。

用SCR脫硝系統(tǒng)脫硝，脫除率通常很高，只要噴入量合適，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和煙氣中的反應(yīng)。僅有一小部分氨發(fā)生了氨逃逸。一般來說，對(duì)于新建的SCR脫硝系統(tǒng)，氨逃逸量很低。但是，隨著使用時(shí)間的增加，催化劑表面會(huì)出現(xiàn)堵塞、被飛蓋、失活等現(xiàn)象，會(huì)是的氨的逃逸量急劇增加。因此，為了達(dá)到國(guó)標(biāo)中的排放要求，此時(shí)應(yīng)該增加反應(yīng)器中噴氨量。在電站鍋爐脫硝工程上，反應(yīng)器一般安裝于空預(yù)器和省煤器300-400°C之間的位置。

SCR法脫硝效率可達(dá)90%，工藝設(shè)備緊湊、運(yùn)行可靠，無二次污染、對(duì)鍋爐本身運(yùn)行沒有影響，因而成為市場(chǎng)上應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的煙氣脫硝技術(shù)。

3 SNCR技術(shù)原理及其工藝流程

3.1 SNCR反應(yīng)原理

SNCR的原理是在煙氣的高溫區(qū)（850～1100）加入還原劑，還原劑在不需要催化劑情況下就可以迅速與反應(yīng)生成氮?dú)夂退?。?dāng)溫度合適時(shí)，SNCR的反應(yīng)方程式如下：

一般，工業(yè)上使用的還原劑有尿素、氨、焦?fàn)t氣、煉油廠尾氣。

3.2 SNCR工藝流程

SNCR脫硝系統(tǒng)主要由氨水接收與儲(chǔ)存系統(tǒng)、氨水輸送與混合系統(tǒng)、計(jì)量分配與噴射系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等組成[4-5]。還原劑以尿素為例，將儲(chǔ)倉(cāng)中的尿素粉末用電動(dòng)葫蘆吊裝輸送到溶解罐里，用除鹽水將其溶解成質(zhì)量濃度為40%～60%的尿素溶液，再由給料泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐中的尿素溶液經(jīng)由供液泵、計(jì)量與分配裝置等進(jìn)入尿素噴槍，并噴入氨點(diǎn)。霧化后的尿素溶液在絕熱分解室分解為NH3，氨噴射系統(tǒng)將NH3噴入煙氣脫硝系統(tǒng)，最后送達(dá)鍋爐。

SNCR以鍋爐爐膛為反應(yīng)器，可以通過改造鍋爐來實(shí)現(xiàn)脫硝。與SCR技術(shù)相比，SNCR技術(shù)沒有SCR技術(shù)不需要用到催化劑，優(yōu)點(diǎn)在于投資與運(yùn)行成本少、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小、安裝簡(jiǎn)便、建設(shè)周期短，但是SNCR煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效率受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響很大且沒有SCR的高，一般為30%～80%。

4 燃煤電廠煙氣脫硝技術(shù)的發(fā)展方向

當(dāng)前，我國(guó)對(duì)于電量需求的不斷增加，電廠也必然會(huì)獲得進(jìn)一步的發(fā)展壯大，而隨著電廠的不斷發(fā)展，其煙氣的脫硝技術(shù)也理應(yīng)得到相應(yīng)的進(jìn)步，這種發(fā)展趨勢(shì)主要取決于以下兩個(gè)方面：

1）隨著電廠的不斷興建和生產(chǎn)，其排出的煙氣必然會(huì)越來越多，尤其是面對(duì)著污染越來越嚴(yán)重的大氣環(huán)境來說，加強(qiáng)對(duì)于電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)的研究更是極為必要，這也是社會(huì)發(fā)展過程中對(duì)于電廠所提出的一個(gè)必然要求，任何一個(gè)電廠都應(yīng)該切實(shí)履行好自身的這一職責(zé)，進(jìn)而為環(huán)境的保護(hù)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)；

2）針對(duì)電廠進(jìn)行煙氣脫硝處理也是今后電廠發(fā)展中其自身的一個(gè)必然要求，因?yàn)槊撓跫夹g(shù)已經(jīng)成為了電廠生產(chǎn)過程中必不可少的一個(gè)方面，因此，對(duì)于這一環(huán)節(jié)來說，如何促使其更好的發(fā)揮應(yīng)有的作用就顯得更為重要，并且做好了煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用也能夠有助于提升電廠的聲譽(yù)，促使電廠獲得更好地發(fā)展，此外，電廠煙氣脫硝技術(shù)的不斷發(fā)展還能夠有助于電廠生產(chǎn)成本的降低，提高經(jīng)濟(jì)效益。

基于當(dāng)前我國(guó)脫硝工藝的現(xiàn)狀，作者再次提出如下建議：

1）加強(qiáng)技術(shù)引進(jìn)、加深對(duì)于電廠煙氣脫硝技術(shù)理論的研究。一方面，通過技術(shù)引進(jìn)和技術(shù)合作，引進(jìn)國(guó)外高端技術(shù)。另一方面，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，加強(qiáng)新技術(shù)和聯(lián)合技術(shù)的開發(fā)，加深對(duì)脫硝技術(shù)的研究，力爭(zhēng)有所突破[6]；

2）加強(qiáng)對(duì)于專業(yè)化人才的培養(yǎng)。專業(yè)化人才的實(shí)踐技術(shù)能力的提升，有利于電廠煙氣脫硝技術(shù)的實(shí)際運(yùn)行效果；

3）煙氣脫硝技術(shù)所用設(shè)備的更新?lián)Q代也是未來發(fā)展中一個(gè)重要的研究方向。設(shè)備的更新能夠在較大程度上降低電廠煙氣脫硝技術(shù)成本，并且對(duì)于電廠煙氣脫硝效果也能夠起到一定的積極作用；

4）電廠煙氣集成脫硫、脫硝技術(shù)的研究必然會(huì)成為今后電廠環(huán)保研究的一個(gè)重點(diǎn)方向，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的加大，電廠煙氣脫硫和脫硝都是治理的重中之重。若能針對(duì)這兩者進(jìn)行集成處理，應(yīng)該能夠更好的降低成本、提高效率。

5 結(jié)束語

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，煙氣脫硝是電廠發(fā)展的一個(gè)重要問題，我國(guó)作為最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，特別容易給大氣造成污染，加強(qiáng)對(duì)氮氧化物的治理勢(shì)在必行。然而，我國(guó)的煙氣脫硝技術(shù)研究尚不成熟，大多仍是引進(jìn)國(guó)外的，因此，我們需要加深對(duì)脫硝技術(shù)的研究，改善現(xiàn)有工藝，提高脫硝效率。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]胡桂川，朱新才，周雄，編.垃圾焚燒發(fā)電與二次污染控制技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2011，12.

[3]夏懷祥.選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝[M].北京：中國(guó)電力出版社， 2012， 09.

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]