火力發電廠脫硝技術及應用

李博

【摘 要】氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一，其中的NO 和NO2 是重要的大氣污染物，NOx 大多數來自于煤炭的直接燃燒。本文介紹了火電廠脫硝技術，闡述了控制NOx 排放的技術，分析了脫硝技術對鍋爐運行的運行影響，提出了管理措施，并展望了未來的脫硝技術發展趨勢。

【關鍵詞】脫硝；火力發電廠；NOx；技術

隨著我國火力發電廠的快速發展，氮氧化物的排放量上升，加重了其對環境的污染。氮氧化物是大氣中主要污染物之一，其中NO和NO2是空氣污染物的主要因素，這些物質使人較難抵抗呼吸系統疾病，會造成人體的肺部發育受損，同時也是形成光化學煙霧和酸雨的一個重要原因。由于火力發電廠用煤炭燃燒的方式來進行發電，就會有燃煤煙氣中的氮氧化物污染環境。脫硝方法可以有效控制污染物的生成，此種方法從技術上講分為燃燒前、燃燒中、燃燒后三種，主要原理是在煙氣中噴入氨，氨與NO發生反應，減少煙氣中NO的含量，從而達到脫硝的目的。主要原則就是降低氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒；降低燃燒溫度，防止產生局部高溫區；縮短煙氣在高溫區的停留時間等。因此，采用煙氣脫硝技術對氮氧化物污染物進行治理是我們必須研究的課題。

1 煙氣脫硝技術

1.1 爐膛噴射法

向爐膛噴射還原性物質，可在一定溫度條件下達到降低 NOx 的排放量的目的。在無催化劑存在條件下向爐內噴入還原劑氨或尿素，將NOx 還原為N2和H2O，溫度要控制在在980℃左右，如果溫度過高時或生成NO，如果溫度過低時，反應速度又會減慢。由于溫度隨鍋爐負荷變化回出現鍋爐中NOx 濃度的不規則性，該工藝在同等脫硝率的情況下，NH3耗量要高于SCR 工藝，從而使 NH3的逃逸量增加。

1.2 煙氣處理法

在眾多煙氣處理技術中，液體吸收法的凈化效果差；吸附法雖然脫硝效率高，但是對于設備過高；液膜法和微生物法還有待于驗證；脈沖電暈法可以同時脫硫脫硝，但很多難題有待于解決，并且有待實際工程應用檢驗；SNCR 法氨法會影響鍋爐運行的穩定性和安全性。

1.3 固體吸附法

吸附法適用于小規模排放源可行，具有耗資少，設備簡單，易于再生的特點。而且脫除率較高，但是由于消耗大量的氧化劑和吸收劑，吸收產物常常會造成二次污染。

1.4 聯合脫硝法

SCR脫硝法效率高，但是投資大，運行費用高， SNCR/SCR聯合脫硝法先采用投資少的SNCR法脫去煙氣中大部份NOx，再采用脫硝效率高的SCR法去除余下的NOx。聯合脫硝技術可以降低催化劑反應器尺寸，減少了SCR系統投資。

1.5 SCR 法技術

脫硝效率最為成熟的技術是SCR 技術，煙氣脫硝技術在催化劑作用下，使NO 直接分解為N2和O2。主要的催化劑類型不復雜，容易掌握，而且不需耗費氨，無二次污染，而且催化活性易被抑制，操作效率較高，操作技術已工業化。

1.5.1 反應器布置方式

按照布置方法可分為“高飛灰” 或“低飛灰” 脫硝，高塵布置煙氣溫度高，滿足了催化劑反應要求。低塵布置時，煙氣中的飛灰含量大幅降低，運行費用增加。

1.5.2 SCR 布置方式

在 SCR 系統設計中煙氣溫度是選擇催化劑的重要運行參數，它直接影響反應的進程，所以需要設計合理的流速以保證 NH3 與 NOx 充分混合，氧濃度一般控制在 3%～4%。

1.5.3 催化劑和還原劑的選擇

SCR 系統中應用較多的有蜂窩式、波紋狀和平板式等。這些催化劑的加工工藝簡單，效果好。還原劑中目前應用較多的是尿素、氨水和純氨。尿素法是先將顆粒完全溶解，然后將溶液泵送到水解槽中，將溶液加熱至反應溫度后與水反應生成氨氣；氨水法是通過加熱裝置使其蒸發，形成氨氣和水蒸汽；純氨法是將加熱成氨氣，然后空氣混合成氨氣體積含量為10%的混合氣體后送入煙氣系統。

2 脫硝改造技術對鍋爐運行的影響及運行優化

2.1 對鍋爐的影響

2.1.1 燃燒器改造帶來的影響

低氮燃燒器改造后，造成爐膛出口煙溫升高和煤粉缺氧燃燒，爐內煤粉燃燒過程拉長，導致爐膛上部過熱器結焦、積灰現象嚴重。

2.1.2 加裝SCR對鍋爐運行帶來的影響

SCR脫硝裝置需要安裝反應器，這樣就會使鍋爐的散熱損失和鍋爐煙氣側阻力增加，增加了引風機的功率和電耗，導致運行成本加大。同時為保證煙囪出口NOx不超標，運行人員采取開大燃盡風等措施來減少爐膛氧量，以使SCR進口NOx不超規定值，這樣的調節會造成爐內結焦的加劇，影響到鍋爐的安全運行。

2.1.3 NH3逃逸對下游設備的影響

脫硝的反應后會有少量的NH3逃逸出反應器；催化劑的氧化將煙氣中的部分SO2氧化為SO3。二者發生反應后生成NH3化合物NH4HSO4與（NH4）2SO4，在空氣預熱器換熱管上冷凝析出晶體物質，加大了空預器的換熱阻力和堵塞、腐蝕的風險。

2.2 運行管理及優化建議

（1）將爐氧量控制在3～4%之間，以控制爐膛出口NOx排放量不超400mg/Nm。上層燃盡風應全開，下層燃盡風視情況開30-40%。一次風速根據給粉機轉速來定，二次風要加強燃燒等作用，在實際運行中，二次風總門的開度在45～50%之間。（2）防止結焦、和積灰加劇的措施。在煤種摻燒和煤中添加除焦劑，在保證NOx不超標的情況下，適當的增大爐膛出口氧量，以減少系統的運行時間。（3）氨逃逸的解決。及時測量運行時反應器出口的NOx分布，調整閥門進行，以保證NOx和NH3的出量均勻，SCR進口煙氣溫度在340～450℃之間。

在以上脫硝技術方法中，各種低氮燃燒技術均涉及爐膛燃燒的安全問題或效率問題，例如：此項技術脫硝效率低，凈化效果差，設備過于龐大，再生頻繁，微生物法新型的技術問題需要解決。所以探索微生物法處理污染物是一個自然的過程，該技術能夠有效地降低氮氧化物的排放濃度，也可以進行低氮燃燒改造，同時也兼顧了效率和造價均中等的技術工藝。

【參考文獻】

[1]邢軍，馬駿.火電廠煙氣脫硝技術現狀與發展趨勢[C]//中國環境科學學會.2010 年學術年會論文集.2010，5，5.

[2]陳強.火電廠煙氣脫硝技術的應用與展望[J].化學工程與裝備，2012，5.

[3]陳列，王新龍.火力發電廠煙氣脫硝技術研究[J].科技傳播，2012（13）.

[4]謝平.火力發電廠煙氣脫硝技術研究[J].中國高新技術企業，2011（22）.

[5]王臣.淺談火力發電廠煙氣脫硝技術[J].這個科技投資，2013，15.

[6]郭錦濤.SCR法煙氣脫硝系統工程應用[J].能源與環境，2009，5.

[責任編輯：薛俊歌]