火電廠NOx排放控制技術研究與應用

【摘 要】本文介紹了電廠NOx形成過程，研究了我國電廠脫氮技術，即低氮燃燒技術、選擇性催化還原法（SCR）及非選擇性催化還原法（SCNR）。它們分別屬于燃燒中技術和燃燒后技術低。我國目前常用的是低氮燃燒技術，及調整燃燒、更換低氮燃燒器的方法，其效率較低，投資小；而SCR發是目前發達國家常用的脫氮技術，它的特點是除氮率高，投資大；而SCNR法則是將還原物質直接通入爐膛將NOx還原成N2和H2O的技術，其投資小，但效率也低，因此，脫氮技術結合是未來發展的方向。

【關鍵詞】NOx；排放；脫氮；結合

一、NOx的形成過程

NOx是電廠中燃料燃燒過程中所生成的，根據形成原理不同，主要分為熱力型和燃料型兩種。熱力型是空氣中N2在高溫下與氧發生化合反應而產生的。它形成比較困難，需要1500℃以上的氧化氣氛中燃燒溫度和充足的反應時間；燃料型是燃料中的氮氧化物在高溫條件下分解后氧化而成，并且隨著過量空氣系數增大，N0x的轉化率就越高，對于燃煤鍋爐來說，75%以上的是燃料型N0x。

二、低氮燃燒技術

降低燃燒器區域的火焰峰值溫度：根據NOx的生成機理，降低燃燒區域的火焰峰值溫度，可以采取燃燒器區域的煙氣再循環和降低預熱空氣溫度兩種措施。燃燒器區域的煙氣再循環是將排煙中一部分低溫煙氣直接送入爐膛燃燒器區域，或與燃燒用的空氣混合后送人爐膛，使爐膛燃燒的火焰峰值溫度有所降低，減少熱力型N0x的生成。（1）分級燃燒技術。分級燃燒技術是通過改進燃燒器的設計或爐膛的配風設計（即控制一、二、三次風的風量及分配比例），合理地分配和適時地送入燃燒各階段所需的空氣，使主燃燒區處在還原氣氛中，抑制NOx生成；在主燃燒區后創造富氧燃燒區，以確保燃料的燃盡。分級燃燒技術是目前國內外燃煤粉鍋爐上應用廣、技術成熟的低NO燃燒的主流技術之一，分為燃燒器上的空氣分級和爐內空氣分級。近年來，在我國300MW以上的電站鍋爐上均已經得到應用，并取得了良好的效果。（2）煙氣再循環技術。低氮燃燒技術中應用較多的還有煙氣再循環法。它是指在鍋爐空氣預熱器前抽取一部分低溫煙氣直接送回爐內，或與一次風或二次風混合后再送入爐內，這樣不僅降低了爐膛內的燃燒溫度，還降低了氧氣濃度，進而減少了NOx的生成量。

三、選擇性催化還原法（SCR）

SCR法是指以氨為還原劑，在一定溫度和催化劑的作用下，有效的將煙氣中的NOx還原成N2。SCR法的脫硝效率可達90%以上，是目前最好的、可以廣泛用于固定源NOx治理的技術。

1.反應原理。來自鍋爐省煤器的300℃～420℃煙氣進入

SCR系統后，在煙道內與噴氨格柵噴人的氨氣與空氣的混合氣體進行充分混合后均勻進入SCR反應器。在反應器內，煙氣中的氮氧化物與氨在催化劑的作用下發生氧化還原反應，最終生成氮氣和水。流程圖如圖1所示。

2.催化劑的選擇。SCR煙氣脫硝技術的關鍵是催化劑的選擇。SCR催化劑應具有活性高、抗中毒能力強、機械強度和磨損性能好、合適的操作溫度區間等特點。其種類主要分為貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、鈣鈦礦型催化劑及分子篩催化劑等。貴金屬催化劑的優點是：活性高、低溫活性好、抗硫中毒能力和抗水蒸汽失活能力強。但其操作溫度范圍太窄，產物中有N20生成；金屬催化劑是目前研究比較多的催化劑，它具有更好的熱穩定性；鈣鈦礦型催化劑研究最多的氧化物屬ABO3型（A代表稀土元素，B代表過渡金屬元素）。

四、選擇性非催化還原法（SNCR）

選擇性非催化還原法是一種不用催化劑，在850～1100℃的范圍內還原NOx的方法，常用液氨或尿素[CO（NH）2]作為還原劑。

1.反應原理。尿素溶液儲存在儲罐中，由供液泵泵送。供液泵出口設有稀釋水路，以調節尿素溶液濃度，稀釋后還原劑霧化后分層噴入爐膛850～1100℃的區域后，迅速熱分解成NH3和其他副產物，隨后NH3與煙氣中的NOx進行選擇性反應，生成N2和H2O。流程圖如圖2所示。

2.SCNR優缺點。相對于SCR法脫硝技術，SNCR法具有：系統結構簡單，只需在現有的燃煤鍋爐的基礎上增加氨或尿素儲槽、噴射裝置及噴射口即可；投資小，運行中不需要昂貴的催化劑，只需要廉價的尿素或液氨；占地少，只需要的較小的氨或尿素儲槽，可放置于鍋爐鋼架之上而不需要額外占用面積。而其不足也比較明顯，如溫度范圍比較窄，還原劑量較多，且不易控制，最重要的是其脫硝效率低，一般在30%～40%之間。

五、前景展望

我國目前采用較多的是多級空氣分級燃燒以及更換高效低氮燃燒器等技術，可減少30%～40%的NOx，但這遠不能達到新國標要求的低于100mg/m3的要求。而發到國家應用較多的是選擇性催化還原氧化法，即SCR法，在催化劑處在最佳除氮狀態下，可削減80%～90%的NOx，但催化劑容易收各種因素的影響，且投資、后期維護更換花費巨大，在我國還沒有普遍應用。而選擇性非催化還原技術（SNCR）鑒于系統簡單、投資小、占地面積小的特點，主要用于低溫燃燒的中、小型循環流化床鍋爐。因此，若要達到提高脫硝效率又降低成本的目的，就要研究兩種或者幾種技術的結合。如SCR法與低氮燃燒器和空氣分級燃燒技術配合用在煤粉鍋爐上；選擇性催化還原技術（SCR）與選擇性非催化還原技術（SNCR）結合用在大型電站煤粉爐或循環流化床鍋爐上等，都能達到雙降低的效果。該項技術還有降低的空間，這就需要我們電力人的共同努力、共同去奮斗。

參考文獻

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