催化還原反應在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的應用

崔云峰（遼寧撫順石化公司洗滌劑化工廠，遼寧撫順 113000）

催化還原反應在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的應用

崔云峰
（遼寧撫順石化公司洗滌劑化工廠，遼寧撫順 113000）

撫順石化公司洗滌劑化工廠動力分廠燃煤鍋爐煙氣脫硝裝置采用選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝工藝，利用液氨與氮氧化物的氧化還原反應以達到氮氧化物排放達標的目的。通過對脫硝裝置的建設，有效降低了氮氧化物的排放濃度，排放濃度達到環保排放要求。

脫硝；氮氧化物；SCR；排放濃度

隨著時代的不斷發展進步，能源短缺和環境污染成為社會兩大熱點問題。燃煤作為主要的能源，使用過程中所產生的氮氧化物會造成嚴重的環境污染。因此，國家及地方管理部門制定了一系列有關大氣污染物排放的法律法規，推動企業開展了一系列的環保設施改造升級，同時也促進了企業生產裝置的技術革新。本文主要闡述了催化還原反應在燃煤鍋爐中的應用，并對其工藝原理及系統運行控制進行了研究分析。

1　煙氣脫硝裝置改建背景

撫順石化公司洗滌劑化工廠動力分廠是洗化廠最大的輔助車間，主要負責提供洗化廠的生產、伴熱用蒸汽，建有循環流化床鍋爐3臺，全廠小時用汽量最低18t（夏季），最高60t。根據《火電廠大氣污染排放標準》GB13223-2011的規定，至2014年7月1日起，燃煤鍋爐氮氧化物排放濃度應低于100mg/ m3（標），而對2012年我廠現有鍋爐煙氣中氮氧化物排放濃度統計，其平均濃度高達256 mg/m3（標），最大值達到440mg/ m3（標），無法達到環保排放要求，因此，3臺鍋爐的脫硝治理勢在必行。

1.1氮氧化物的產生

NOx來源大致有兩種途徑，主要是燃料中含氮化合物在燃燒過程中被氧化而成，稱為燃料型NOx。另一部分是空氣中的氮氣高溫氧化生成的，稱為熱力型NOx。化學反應如下：

還有很少一部分來自于火焰前沿燃燒的早期階段，由碳氫化合物與氮氣通過中間產物HCN、CN轉化而成的NOx，稱為快速型NOx。

1.2氮氧化物的危害

（1）NOx與大氣中的碳氫化合物在紫外線的作用下會引起光化學反應，形成光化學煙霧，阻礙視線同時危害人類呼吸系統；

（2）NOx可以形成酸雨，危害土壤、森林、建筑物；

（3）將臭氧還原成氧氣，破壞臭氧層。

1.3目前國內應用的鍋爐煙氣脫硝技術

1.3.1低氮燃燒法

主要方法是通過改造給煤及進風系統分布，達到降低爐膛內溫度、分散供氧避免過量氧區最終減少NOx產生的目的。由于受燃煤的影響，通常該法脫硝效率小于50%，由于我廠高峰時NOx含量達到440mg/m3（標），采用該法無法穩定達標。

1.3.2選擇性非催化還原法（SNCR：selective non-catalytic reduction）

是指無催化劑的作用下，將氨氣等還原性物質直接噴入爐膛（還原反應適應溫度為850-1 100℃），氨氣逃逸率較高。同樣因為脫硝效率小于50%，我廠無法采用。

1.3.3選擇性催化還原法（SCR：selective catalytic reduction）

原理是在催化劑作用下，氨在350-400℃下有選擇的將NO和NO2還原成N2，該方法可以使脫硝效率大于80%，滿足我廠實際需求。

2　SCR煙氣脫硝技術特點

2.1反應對所用催化劑的要求

SCR 技術通常采用V2O5/TiO2基催化劑來促進脫硝還原反應。脫硝催化劑使用高比表面積專用銳鈦型TiO2作為載體，V2O5作為主要活性成分，為了提高脫硝催化劑的熱穩定性、機械強度和抗中毒性能，往往還在其中添加適量的WO3、MoO3、玻璃纖維等作為助添加劑。

催化劑活性成分V2O5在催化還原NOx的同時，還會催化氧化煙氣中SO2轉化成SO3（反應3）。在空預器換熱元件140～220℃低溫段區域，SO3與逃逸的NH3反應生成高粘性硫酸氫氨（反應4），粘結與粘附煙氣中的飛灰顆粒惡化空預器元件堵塞與腐蝕。為此，除嚴格控制氨逃逸濃度小于3×10-6外，應盡可能減少V2O5含量，并添加WO3或MoO3，控制催化劑活性，抑制SO2/SO3轉化，通常要求煙氣經過催化劑后的SO2/ SO3轉化率低于1.0%。

2.2煙氣脫硝工藝流程

煙氣脫硝裝置分為氨區和脫硝區兩部分。

2.2.1氨區工藝流程

運氨槽車中的溶氨通過卸料壓縮機壓送至儲氨罐，再利用壓差送至氨氣蒸發器，將溶氨汽化成氨氣，于氨氣緩沖器中儲存并穩定。氨氣吸收罐主要用于吸收緊急排放或設備檢修時排放的氨氣。氨氣經吸收罐中的水吸收后排入廢水池，經廢水泵升壓后輸送到廠區廢水處理廠。

2.2.2脫硝區工藝流程

來自于氨氣緩沖器的氨氣與空氣稀釋風機的空氣混合，稀釋至濃度低于5%后，通過噴射格柵噴入SCR系統上升煙道中，在煙道中經過導流板、混合器和飛灰整流器等與煙氣充分混合，到達催化劑表面作用生成氮氣和水蒸氣，而后進入鍋爐空預器。SCR反應器為單煙道單反應器結構，催化劑采用垂直布置，采用“2+1”布置形式，即初裝兩層，預留一層。為防止飛灰堵塞，每層設置蒸汽吹灰器，定期運行。

3　工藝改建前后效果比對

煙氣脫硝裝置投入運行后，煙氣中氮氧化物排放濃度明顯降低，其改建前后排放濃度比對如表1所示。

表1　煙氣脫硝裝置改建前后氮氧化物排放濃度比對表

由表1的數據可以看出，煙氣脫硝裝置改建后氮氧化物排放濃度穩定小于200 mg/m3（標），滿足遼寧省環保排放要求，3臺鍋爐煙氣脫硝效率平均值可達87.4%，其脫硝效果較為顯著。

4　結語

通過鍋爐煙氣脫硝裝置的改建，我廠現有的三臺鍋爐煙氣中氮氧化物排放濃度均已低于，達到現行的國家排放限值要求，減少了石油化工企業生產過程中對環境造成的影響，為保護環境盡了微薄之力。

[1] 祝社民，李偉峰，陳英文，等.煙氣脫銷技術研究新進展[J].環境污染與防治，2005，27（9）：699-703.

[2] 董文彬，朱林，朱法華.火電廠煙氣脫硝容量的合理性探討[J].環境監測管理與技術，2007，19（6）：40-43.

[3] 李芳，周新良.火電廠選擇性催化還原法脫硝技術[J].江蘇鍋爐，2011，（1）.

Catalytic Reduction in Coal-fired Boiler Flue Gas Denitrification Application

Cui Yun-feng

Fushun Petrochemical Company chemical detergent plant boiler flue gas of coal-fired power plant denitration device using selective catalytic reduction（SCR）flue gas denitrification processes，ammonia and nitrogen oxides by the oxidation-reduction reaction of nitrogen oxide emissions in order to achieve compliance purposes.By denitration apparatus construction，effectively reducing the concentration of nitrogen oxides emissions to meet environmental emission concentration emission requirements.

denitrification；nitrogen oxides；SCR；emission concentration

TM621

B

1003-6490（2016）03-0046-02

2016-03-06

崔云峰（1982—），男，遼寧營口人，工程師，主要研究方向為石油化工。