混合法脫硝工藝探討

莊志鵬

（廣州怡地環保實業總公司，廣東 廣州510030）

1 引言

2011年，國家環境保護部發布了《火電廠大氣污染物排放標準》，明確規定自2014年7月1日起，現有火力發電鍋爐執行氮氧化物100mg／m3的排放標準；自2012年1月1日起，新建火力發電鍋爐執行氮氧化物100mg／m3的排放標準。

舊有的“低氮燃燒技術”、“SNCR技術”或“低氮燃燒改造＋SNCR技術”雖然在過去表現了不錯的成績，但其允許排放濃度為200mg／m3，不能滿足新國標的要求。而SCR工藝的投資額和運行費用均很高，使得許多中小型發電廠（熱電廠）望而卻步。因此，本文提出利用混合法工藝，達到治理效果和治理費用的平衡，既能滿足環保要求又減少建設單位的環保投資費用。

2 混合法技術工藝介紹

2.1 SNCR系統

選擇性非催化還原法（SNCR），是在無催化劑存在條件下向爐內噴入還原劑，將NOX還原為N2和H2O。還原劑噴入鍋爐恰當的位置（850℃～1 150℃），脫硝效率可達50%，該工藝不需催化劑。

2.2 SCR系統

選擇性催化還原技術是利用氨（NH3）對NOX還原功能，在300～400℃的條件下，利用催化劑作用將NOX還原為對大氣沒有影響的N2和水。

2.3 SNCR＋SCR混合煙氣脫硝技術

SNCR＋SCR混合煙氣脫硝技術是把SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術同SCR工藝利用逃逸氨進行催化反應的技術結合起來，進一步脫除NOX。它是把SNCR工藝的低費用特點同SCR工藝的高效率及低的氨逃逸率進行有效結合。

該聯合工藝于20世紀70年代首次在日本的一座燃油裝置上進行試驗，試驗表明了該技術的可行性。理論上，SNCR工藝在脫除部分NOX的同時也為后面的催化法脫硝提供所需要的氨。SNCR體系可向SCR催化劑提供充足的氨。

采用SNCR＋SCR混合法方案，僅安裝一層催化劑，無需建立大型脫硝島，無需安裝氨噴射格柵，僅僅提高SNCR系統還原劑注射量，利用爐內富裕的氨逃逸，將氮氧化物的排放控制在100mg／Nm3以內；SCR反應器僅采用一層催化劑，大幅度減少項目投資，完全滿足深度脫硝的要求。

由于僅使用一層催化劑，減少了催化劑的使用量，煙氣在催化劑的停留時間縮短，從而有效地減緩了SO2向SO3的轉化，降低尾部受熱面的腐蝕影響。

國內某熱電廠開展了低NOX燃燒改造＋SNCR＋SCR混合（加裝一層催化劑）的改造，NOX排放濃度降低到70 mg／Nm3以下，達到嚴格的環保要求，總體脫硝效果達80%以上。

SNCR項目運行后，主要運行成本消耗在還原劑上，SNCR項目折合每度電的脫硝成本約0.15分／k W·h，遠遠低于SCR的2分／k W·h的運行成本。且SCR技術應用后，即使系統停運，仍會使得鍋爐運行成本增加，主要體現在催化劑耗損成本、運行電耗等。在SCR運行費用中，還原劑的費用僅占1／3左右，催化劑耗損、運行電耗等也是主要成本，這是導致SCR運行費用高的主要原因。

SNCR＋SCR混合工藝的運行成本，居于兩種單獨工藝之間。

2.4 SNCR系統工藝流程

SNCR系統主要由還原劑儲存與制備系統、還原劑稀釋模塊、還原劑傳輸模塊、還原劑計量模塊以及還原劑噴射系統等部分組成。還原劑儲存與配制系統實現還原劑儲存、溶液配制和溶液儲存的功能，然后由溶液稀釋模塊稀釋成設計濃度，再由傳輸模塊和還原劑計量模塊根據鍋爐運行情況和NOX排放情況控制還原劑的噴射量，送入噴射系統。噴射系統實現各噴射層的還原劑分配、噴射。

2.5 SCR系統工藝流程

SCR系統主要由反應塔系統、煙道系統、還原劑稀釋及噴射系統、催化劑系統、吹灰系統、還原劑儲存制備系統、旁路系統等部分組成。還原劑儲存制備系統、稀釋及噴射系統將合格濃度的還原劑輸送到反應塔系統中的高效噴嘴，經過合理的分配控制，使得還原劑能夠在催化劑系統中等到最大利用。煙道系統、吹灰系統、旁路系統作為輔助系統參與SCR的連接應用（圖1）。

圖1 SNCR／SCR組合脫硝工藝流程

3 混合法脫硝工藝應用分析

3.1 還原劑的優劣

SNCR＋SCR脫硝工藝中常使用的還原劑有尿素、液氨和氨水。液氨的優點是脫硝系統儲罐容積可以較小，價格也最便宜；缺點是氨氣有毒、可燃、可爆，儲存的安全防護要求高，需要經相關消防安全部門審批才能大量儲存、使用；另外，輸送管道也需特別處理；需要配合能量很高的輸送氣才能取得一定的穿透效果。

若還原劑使用氨水，氨水有惡臭，揮發性和腐蝕性強，有一定的操作安全要求，但儲存、處理比液氨簡單；由于含有大量的稀釋水，儲存、輸送系統比氨系統要復雜；噴射剛性，穿透能力比氨氣噴射好，但揮發性仍然比尿素溶液大，應用在噴射器的時候仍然難以深入到大型爐膛的深部，因此一般應用在中小型鍋爐上。

若還原劑使用尿素，尿素不易燃燒和爆炸，無色無味，運輸、儲存、使用比較簡單安全；揮發性比氨水小，在爐膛中的穿透性好；效果相對較好，脫硝效率高，適合于大中型鍋爐設備的SNCR脫硝工藝。

3.2 建設方式

建議采用EPC總承包方式?？偝邪綄凑蘸贤s定承擔工程設計、采購和施工，并對承包工程的質量、安全、工期、造價全面負責，最終向業主提交一個滿足使用功能、具備使用條件的工程。

采用EPC模式具有以下優點：承包商外部接口少，責任清晰；業主管理成本低，可實現集中控制管理；工程進度能有效保障。

4 結語

混合法脫硝作為一種新的思路，利用鍋爐高溫熱解還原劑，達到爐內SNCR處理工藝的目的，并且利用逃逸氨通過催化劑達到SCR處理。在新國標要求100mg／m3的排放濃度的前提下，此工藝綜合處理效率及其穩定性遠優于傳統的SNCR工藝、低氮燃燒改造工藝及SNCR＋低氮燃燒改造工藝，但其投資費用又比單獨使用SCR工藝低，在滿足100mg／m3的排放濃度的基礎上，降低了投資和運行費用，是一種創新的組合模式。

［1］張自杰，林榮忱，金儒霖.排水工程［M］.北京：中國建筑工業出版社，2000.

［2］李振中.SNCR煙氣脫硝技術在電廠中的應用［J］.中國電力環保，2006（5）：17～18.

［3］王智化，周俊虎，周 昊，等.爐內高溫噴射氨水脫除NOX機理及其影響因素的研究［J］.浙江大學學報：工學版，2004，38（4）：495～500.

［4］董建勛.燃煤電廠SCR煙氣脫硝試驗研究及數學模型建立［D］.保定：華北電力大學，2007.