淺談SCR和SNCR在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的應用

朱健

摘 要：SCR和SNCR是目前鍋爐脫硝采用的主要工藝，各自具有其優缺點。SCR脫硝效率高，但是結構復雜，建設及運行費用較高，對鍋爐空氣預熱器有影響，且環境風險較大；SNCR結構簡單，建設及后期費用較低，但是脫硝效率低。分析比較了SCR和SNCR的原理和優缺點，給出在實際環評工作及環境管理中如何選擇的建議。應結合項目實際情況綜合考慮其投資、工程量、脫硝效率、操作可行性等因素，不能以偏概全的只追求脫硝效率或者只追求節省投資，而忽略了脫硝工程的可行性及穩定性。

關鍵詞：鍋爐 SCR SNCR 脫硝 環保

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）-0108-02

近幾年，隨著國民經濟的飛速發展，人民群眾對于環境保護的認識不斷提高，環境保護工作逐漸被推上了輿論的風口浪尖。特別是近年愈演愈烈的大氣霧霾關注，將群眾對環境空氣的污染治理視為重中之重。而在各種環境空氣污染源中，燃煤鍋爐扮演了重要角色，燃煤燃燒過程會產生SO2、NOX和煙塵等污染物，在鍋爐煙氣的治理研究方面，SO2和煙塵起步較早，目前也已經發展的較為成熟完善。而NOX治理起步相對較晚，目前采取的治理工藝通常為爐內控制+爐外脫硝處理。爐內控制方法相對單一，通常采用低氮燃燒的方式，其原理是改變傳統的鍋爐燃燒方式，包括降低鍋爐燃燒溫度、降低氧濃度、爐膛內設立再燃區等，一般在鍋爐安裝時由鍋爐制造廠家一并設計提供。但是低氮燃燒方式脫氮效率較低，絕大多數鍋爐生產廠家提供的低氮燃燒技術通常只能將NOX濃度控制在300 mg/Nm3（以NO2計）以內。而目前國家關于燃煤鍋爐NOX控制標準愈加嚴格，部分省份也出臺了更加嚴格的排放標準，如《山東省火電廠大氣污染物排放標準》（DB37/664-2013）中就規定，重點控制地區燃煤鍋爐NOX排放標準為100 mg/Nm3，這就要求對鍋爐煙氣進行爐外脫硝，也就是加裝煙氣凈化裝置，通常采用的脫硝方式有SCR和SNCR。但是如何選擇往往成為環境影響評價及環境管理工作中一個難題。下面該研究者將結合多年的環保工作經驗，對SCR和SNCR各自的工藝原理、優缺點進行分析比較，以供參考。

1 SCR原理及特點

1.1 工藝原理

SCR，全稱Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法脫硝技術，是目前國際上廣泛應用的煙氣脫硝技術，國內外很多大型燃煤電廠基本都應用此技術。其反應原理為：向溫度約280～420 ℃的煙氣中噴入NH3，NH3與煙氣均勻混合后一起通過一個填充了催化劑（如V2O5-TiO2）的反應器，在催化劑作用下，將NOX還原成無害的N2和H2O。

其中反應（3）、（4）是主要反應，因為NO化學性質不穩定，極易被O2轉化為NO2，這也是NOX濃度通常以NO2計的主要原因。

1.2 工藝特點

該方法有優缺點如下：

1.2.1優點

（1）脫硝效率高，通常可達70%～90%，甚至有的廠家可達到95%。

（2）由于催化劑的作用，其反應溫度較低，通常280～420℃可達最佳反應溫度。

1.2.2缺點

（1）既然是催化還原，必然需要使用催化劑，催化劑長時間使用會由于煙氣中的微量雜質（如堿金屬雜質鉀）覆蓋表面而失去活性，因此一般三年左右換一次，運行費用高①。

（2）由于催化劑的存在，反應中易發生副反應，將SO2與NH3反應生成NH4HSO4，反應方程式如下：

2SO2+2NH3+2H2O+O2——2NH4HSO4

NH4HSO4很容易對空氣預熱器進行粘污，對空氣預熱器影響很大，需定期維護空氣預熱器②。

（3）需要單獨建設催化反應器，占地面積達，工程結構復雜，投資高。

（4）需要使用純NH3作為還原劑，純NH3獲取方法常見有兩種，一種是配套建設尿素制NH3裝置，工藝安全性較好，但是工藝復雜③；另外一種是直接購買純液氨。前者另外單獨建設一套裝置，工藝復雜，投資較大；后者來源簡單，只需配套一個液氨儲罐，但是液氨屬于危險化學品，存在較大的環境風險。

2 SCR原理及特點

2.1 工藝原理

SNCR，全稱Selective Non-Catalytic Reduction，選擇性非催化還原法脫硝技術，是另外一種廣泛應用的鍋爐煙氣脫硝技術。其反應原理為：在無催化劑的作用下，在溫度為850℃～1 100℃的范圍內，向煙氣中噴入還原劑將煙氣中NOX的還原為無害的N2和H2O。還原劑常見的氨水、尿素等。

2.2 工藝特點

該方法有優缺點如下：

2.2.1 優點

（1）系統簡單，不需要催化劑，不需要建設單獨的催化反應器，無催化劑損耗，運行費用低。

（2）不存在SO2與NH3反應生成NH4HSO4的轉化，對鍋爐設備損害較小，易于維護。

（3）可以采用氨水或者尿素為還原劑，相對于以純NH3作為還原劑的SCR，其系統相對簡單，環境風險小。

（4）投資低，占地面積小，改造方便。

2.2.2 缺點

（1）脫硝效率低，通常為30%～60%，好一點的可以達到70%。

（2）由于不使用催化劑，其反應過程對于溫度要求較高（850℃～1 100℃），不利于爐內低氮燃燒技術的使用。同時對于煙氣流速要求不宜過大，過大會導致接觸時間短，效率降低。

綜上所述，可以將SCR和SNCR各自特點比較如表1所示。

3 案例分析

鑒于SCR和SNCR的優缺點比較，在實際的環境影響評價和環境管理中，筆者建議根據項目實際情況決定選擇何種脫硝工藝。舉個實際案例說明。

山東東部某地一大型燃煤熱電廠，建廠較早，除發電外還承擔著該城市的工業用汽和城市供暖任務。由于新的排放標準的執行，現有的燃煤鍋爐已經無法滿足NOX排放標準，因此決定進行脫硝改造。

改造之初，企業優先想采用處理效率較高的SCR，但是由于建廠較早，廠區位于現狀城市建成區內，周邊人口密集，用地較為緊張，廠區可用空間有限，改造較為困難；同時考慮到如果采用SCR工藝，以液氨為還原劑，需要建設20m3的液氨儲罐，而根據《危險化學品重大危險源識別》（GB182182009），液氨臨界量為10t，屆時會構成重大危險源，環境風險要求較高。因此經過環評分析論證，最終采用更加符合實際改造條件的SNCR工藝，同時對鍋爐燃燒方式進行改造，采取比較高效的低氮燃燒方式，控制NOX的產生濃度，同時加強運行管理，控制SNCR的處理效率，最終達到《山東省火電廠大氣污染物排放標準》（DB37/664-2013）中規定的重點控制地區燃煤鍋爐NOX100mg/Nm3排放標準要求。

對于新建項目或者條件允許的其他項目，該研究者建議還是優先推薦選用SCR脫硝工藝或者SCR+SNCR的聯合脫硝工藝。畢竟SNCR工藝脫硝效率低，穩定達標可靠性較低，建成后對于日常環境管理壓力較大。最終具體該選用何種脫硝工藝，還是得根據項目實際情況考慮確定。

4 結語

在實際選擇脫硝工藝時，應結合項目實際情況綜合考慮其投資、工程量、脫硝效率、操作可行性等因素，不能以偏概全的只追求脫硝效率或者只追求節省投資，而忽略了脫硝工程的可行性及穩定性。

參考文獻

[1] 姜燁，張涌新，吳衛紅，等.中國電機工程學報，2014，24（23）.

[2] 馬雙忱，金鑫，孫云雪，等.熱力發電，2010，39（8）.

[3] 王琦.中國高新技術企業，2012（22）.