燃煤電廠三種煙氣脫硝技術的工藝比較分析

吳曉烽

（上海同濟華康環境科技有限公司 上海 200092）

NOX是大氣中主要污染物之一，也是目前大氣污染治理的一大難題[1]。我國NOX的排放主要來源于火力發電、工業和交通運輸部門，三者之和約占到全部排放總量的90%。其中，燃煤電廠已經成為我國NOX排放的最大來源，占到全國排放總量的35%以上[2]。國家十二五規劃繼續加大了對主要污染物的排放控制，在《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）中將NOX標準提升至100mg/m3[3]。

燃煤電廠控制NOX生成與排放的技術主要是在鍋爐燃燒中采用低氮燃燒器（LBN）、空氣分級燃燒（OFA）、燃料分級燃燒、煙氣再循環等技術[4]，但是這些技術單獨使用通常無法滿足嚴格的NOX排放標準，因此需要對燃燒后生成NOX排放量進行脫硝處理，即把已生成的NOX還原為N2從而脫除煙氣中的NOX，目前燃煤電廠主要是SCR、SNCR和SNCR-SCR混合技術。由于3種技術在脫硝效率、穩定可靠性、投資成本等方面不同，所以需要進行工藝比較分析。

1 燃燒后煙氣脫硝技術

1.1 SCR 技術

SCR技術是利用還原劑汽化后（還原劑通常為液氨、氨水或尿素）和催化劑（釩、鈦等金屬氧化物）在溫度330～450℃時將NOX還原成N2,其脫除效率可達到70%～90%。由于NH3具有選擇性，只與NOX發生反應，不易與O2反應，所以稱為選擇性催化還原技術。

其化學反應方程式如下：

SCR技術的核心裝置是脫硝反應器。在燃煤電廠鍋爐中，考慮到煙氣中的含塵量較高和煙氣溫度范圍，一般將反應器連接在省煤器之后，采用垂直氣流布置方式。

在SCR系統設計中，反應器的布置、催化劑的選擇、還原劑與NOX的混合程度將直接影響到反應器出口氨逃逸大小。

1.2 SNCR技術

SNCR技術又稱選擇性非催化還原技術。它是把含有NHx基的還原劑噴入爐膛溫度為800～1200℃這一狹窄的溫度范圍內，在沒有催化劑的情況下，還原劑迅速與煙氣中的NOX反應生成N2和H2O，而且在此溫度范圍內部不易與O2發生反應。通常，粉煤爐設計合理的SNCR工藝能達到30%～50%的脫硝效率[5]，循環流化床鍋爐SNCR系統的效率可以大于50%[6]。當反應溫度在950℃左右時，其反應式為：

當溫度過高時，NH3則容易氧化成NO，抵消了NH3的脫除效果，反應式如下：

溫度過低時反應速度減慢且反應不完全容易造成NH3泄漏，所以溫度的控制至關重要。此技術不需要催化劑，但脫硝效率較SCR低，同時高溫噴射對鍋爐受熱面的安全有一定影響。

1.3 SNCR-SCR混合技術

SNCR-SCR混合技術并非是SCR工藝與SNCR工藝的簡單組合，它是結合了SCR技術高效、SNCR技術投資省的特點而發展起來的一種新型工藝。該工藝具有兩個反應區，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統，首先將還原劑噴入第一個反應區—鍋爐爐膛，在高溫下還原劑與煙氣中NOX發生非催化還原反應，實現初步脫硝，然后未反應完的還原劑進入混合工藝的第二個反應區—SCR反應器，進一步脫硝。

SNCR-SCR混合技術可以利用前段SNCR系統逃逸的還原劑供給后段SCR系統之用，最終可使脫硝效率提升至80%以上。

2 SCR、SNCR及SNCR-SCR脫硝技術的工藝比較分析

SCR、SNCR及SNCR-SCR脫硝技術工藝比較見表1（見下頁）。

由表1可以看出，現階段SCR技術成熟、市場占有率高、運行可靠、穩定性高，適用于NOx脫除率較高的情況；SNCR技術無需增加SCR反應器，新建、改建工程少，成本較低，但是脫除效率不高，適用于NOx出口濃度較低情況或作為SNCR-SCR技術前段預留。混合SNCR-SCR技術結合SNCR和SCR的有利特點，利用SNCR反應后逃逸的氨量供給SCR反應用，解決了SNCR的氨逃逸問題，省去了SCR的AIG噴氨系統，同時也減少了SCR催化劑的用量，縮小了反應器尺寸，與省煤器的連接更加緊湊，從而壓降更小，效率更高，但是由于目前國內市場SNCR-SCR技術尚未成熟，穩定性有待提高，尤其進入SCR系統前的煙氣混合控制將影響到最終脫硝效率。

3 結語

3.1 新建機組采用SCR技術，穩定可靠，可達到較高的脫硝效率，然而投資和運行成本高。

3.2 改建機組宜采用SNCR-SCR混合技術，以降低投資和運行成本，但是該系統所需控制關鍵因素多，穩定性較SCR技術低。

表1 SCR、SNCR及SNCR-SCR脫硝技術工藝比較

3.3 目前大部分機組單獨使用SNCR系統無法達到排放標準，可作為SNCR-SCR混合技術前期投入部分，在項目實施過程中分期增添設備和催化劑。

[1]侯建鵬,朱云濤,唐燕萍.煙氣脫硝技術的研究[J].電力環境保護,2007,23(3):24-27.

[2]呂同波,李建瀏,胡永鋒.SCR法煙氣脫硝技術在燃氣鍋爐上的工程應用[J].節能技術,2009,27(153):65-68.

[3]GB 13223-2011火電廠大氣污染物排放標準[S].

[4]項昆.3種煙氣脫硝工藝技術經濟比較分析[J].熱力發電,2011,40(6):1-4.

[5]段傳和,夏懷祥.燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術[M].北京：中國電力出版社,2011.

[6]段傳和,夏懷祥.選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝[M].北京：中國電力出版社,2012.

[7]吳碧君，劉曉勤,王述剛,等.煙氣脫硝工藝及其化學反應機理[J].電力環境保護,2006,22(2):29-31.