煙氣脫硝工藝的選擇

宋宗文

摘 要：近年來我國空氣污染日趨嚴(yán)重，極端惡劣氣候頻繁出現(xiàn)。我國的能源特點(diǎn)造成火電廠主要以燃煤為主，其煙氣脫硝越來越受到重視。目前，世界各國開發(fā)的煙氣脫硝工藝種類繁多，各種脫硝工藝優(yōu)缺點(diǎn)不同，不同火電廠又存在其自身特點(diǎn)，因此脫硝工藝的選擇具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硝；工藝選擇

1 前言

NOx水溶性和活性都較差，因此其治理難度大，技術(shù)要求高，煙氣脫硝技術(shù)種類較多，大致包括四大類。第一，按脫硝機(jī)理不同分為：傳統(tǒng)NOx治理技術(shù)和等離子體過程N(yùn)Ox治理技術(shù)。第二，按脫硝作用原理不同分為：催化還原、吸收和吸附三大類。第三，按脫硝工作介質(zhì)不同分為：干法和濕法兩大類。第四，按NOx產(chǎn)生前后分為：燃料脫硝（燃燒前脫硝）、燃料中脫硝和煙氣脫硝（燃燒后脫硝）。

2 煙氣脫硝工藝的選擇

目前控制NOx排放的措施大致分為三類，第一類是低NOx燃燒技術(shù)，通過各種技術(shù)手段，抑制或還原燃燒過程中生成的NOx，來降低NOx排放；第二類是爐膛噴射脫硝技術(shù)；第三類是煙氣凈化技術(shù)，煙氣凈化技術(shù)包括濕法脫氮技術(shù)和干法脫氮技術(shù)。

2.1 選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝

催化劑種類決定了采用選擇性催化還原法脫硝的反應(yīng)溫度，因此，決定了催化劑室在尾部煙道中的布置位置，或者說催化劑室決定了催化劑的種類。該方法的NOx脫除率能達(dá)到90%以上，因此，在環(huán)境保護(hù)方面，具有相當(dāng)好的應(yīng)用前景。由催化劑反應(yīng)器、催化劑、氨儲存及制備區(qū)和氨噴射稱為系統(tǒng)選擇性催化劑脫硝法的系統(tǒng)主要組成部分。催化劑反應(yīng)器可以布置在鍋爐煙道中的三個(gè)位置：布置在鍋爐省煤器后、空氣預(yù)熱器前，此部位溫度約為350℃左右（簡稱前置式布置）。因此位置的環(huán)境溫度適合于大多數(shù)催化劑的工作溫度，所以被廣泛應(yīng)用。但也因?yàn)榇颂師煔饣曳州^多，容易造成催化劑宜中毒、燒結(jié)、催化劑內(nèi)部煙道堵塞及反應(yīng)器磨損等。

目前電廠采用得最多的布置方式是前置式布置。選擇性催化脫硝法（SCR）技術(shù)的特點(diǎn)如下：（1）煙氣脫硝效率高，可達(dá)90%以上。（2）反應(yīng)溫度較SNCR低，可選擇的催化劑種類較多。（3）反應(yīng)器一般布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，也可布置在FGD后端。（4）煙氣中含有大量的SO2，催化劑可使部分SO2氧化，生成較難處理的SO3，并可能與泄漏的氨生成腐蝕性很強(qiáng)的硫酸銨（或者硫酸氫銨）鹽物質(zhì)，因而容易腐蝕后續(xù)的空氣預(yù)熱器，因此要求較低的氨逃逸率和SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。（5）氨逃逸較小，一般控制在3～5ppm，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率一般不大于1%，可有效控制硫酸銨（或者硫酸氫銨）的生成。

2.2 選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝工藝

爐膛噴射脫硝的本質(zhì)是在在一定的溫度條件下，在爐膛上部噴射某種物質(zhì)，使其還原已經(jīng)生成的NOx，從而降低NOx的排放量。它包括噴水、噴二次燃料和噴氨等，其中噴水和二次燃料的方法還存在未解決的問題，即如何將NO氧化為NO2和解決非選擇性反應(yīng)，目前這兩種技術(shù)還不成熟。噴氨（或尿素）法是一種選擇性降低NOx排放量的方法（因噴入的氨只與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，而不與煙氣中的其他成分反應(yīng)），當(dāng)不采用催化劑時(shí)，NH3還原NOx的反應(yīng)只能在950～1050℃這一狹窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。因此這種方法又稱為選擇性非催化脫硝法（SNCR）。氨的噴入點(diǎn)一般選擇在爐膛上部煙風(fēng)道入口處。

NCR脫硝技術(shù)特點(diǎn)如下：（1）其脫硝效率一般被限制在20%～40%之間，如再進(jìn)一步增加脫硝效率，氨逃逸率會大幅度加大，對下游設(shè)備造成影響，并可能造成二次污染。（2）不使用催化劑，氨氣和煙氣中的NOx在爐膛中直接反應(yīng)。（3）SNCR反應(yīng)溫度窗口比較窄，如鍋爐運(yùn)行工況變動或煤種變化，都會造成煙氣溫度窗口的變動，因此對于選擇合適的反應(yīng)溫度區(qū)域比較困難；為了滿足反應(yīng)溫度的要求，噴氨控制的要求很高。噴氨控制成了SNCR的技術(shù)關(guān)鍵，也是限制SNCR脫硝效率和運(yùn)行的穩(wěn)定性，可靠性的最大障礙，噴氨量少則無法達(dá)到預(yù)期的脫除NOx的效果，但氨量過大，將在尾部受熱產(chǎn)生硫酸銨，從而堵塞并腐蝕空氣預(yù)熱器。（4）由于反應(yīng)溫度窗的緣故，反應(yīng)時(shí)間以及噴氨點(diǎn)的設(shè)置以及切換受鍋爐爐膛和/或受熱面布置的限制。實(shí)際運(yùn)行中還原反應(yīng)往往達(dá)不到最佳的溫度窗口，如果運(yùn)行溫度高于反應(yīng)溫度，引起NH3氧化成NOx，一方面降低了脫硝效率，另一方面增加還原劑的用量和成本；如果運(yùn)行溫度低于反應(yīng)溫度，會降低NOx的去除效率。（5）SCR在催化劑的作用下，部分SO2會轉(zhuǎn)化成SO3，而SNCR沒有這個(gè)問題，因此SNCR技術(shù)可允許較大的氨逃逸率，SNCR氨逃逸率一般控制在5～15ppm。

2.3 SNCR-SCR混合法脫硝工藝

SNCR-SCR混合法將SCR工藝的高效率和SNCR工藝的投資低的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，從而有效地避免了SCR工藝和SNCR工藝存在的不足。這種聯(lián)合工藝技術(shù)不是對兩個(gè)工藝的簡單組合。其前端是SNCR工藝，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)將氨和尿素溶液噴入爐膛，在高溫作用下與煙氣中NO、發(fā)生非催化還原反應(yīng)，脫除一部分NOx，完成反應(yīng)后，未反應(yīng)完的氨進(jìn)入后端SCR工藝，進(jìn)行進(jìn)一步脫硝。SNCR-SCR混合法將SCR工藝和SNCR工藝有效的結(jié)合起來，不但節(jié)約了成本，而且將脫硝效率提高到了95%以上。

3 三種脫硝工藝的比較分析

上面分別對選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）和SNCR-SCR混合法等三種煙氣脫硝工藝的原理及其特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，為了更加全面直觀的了解這三種脫硝工藝，下面對三種脫硝工藝進(jìn)行深入的比較分析，見表1。

從表1可以看出SCR工藝跟SNCR工藝和SNCR-SCR混合工藝相比，反應(yīng)溫度低、脫硝效率高、NH3/NOx摩爾比小、技術(shù)成熟度高、運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性好；SNCR工藝跟SCR工藝和SNCR-SCR混合工藝相比，催化劑用量基本為零、SO2轉(zhuǎn)化為SO3的轉(zhuǎn)化率基本為零、投資及運(yùn)行費(fèi)用成本低；SNCR-SCR混合工藝跟SCR工藝和SNCR工藝相比，還原劑以尿素為主更加安全，其他各指標(biāo)基本都處于SCR工藝和SNCR工藝中間狀態(tài)。

由此可以看出，三種脫硝工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，無法從定性角度直接判斷哪種工藝更優(yōu)，因此需要定量評價(jià)，從而選出最佳方案。

參考文獻(xiàn)

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