燃煤電廠煙氣脫硝SCR技術還原劑選擇的分析

席 磊

（內蒙古華云新材料有限公司，內蒙古 包頭 014036）

氮和氧在高溫條件下容易發生反應，形成氮氧化合物，這是重要的空氣污染物之一。目前，對氮氧化合物的控制通常從產生控制和形成后消除兩方面入手，即爐內控制和生成后消除兩種技術。爐內技術通常采用控制爐內燃燒溫度的方式，抑制氧元素和氮元素的相互反應，降低氮氧化合物的生成率。而氮氧化合物生成后則往往采用利用觸媒還原的方式將排放物中的氮氧化合物轉化為無害的氮氣和水，從而實現有害物質的清除。

1 常用的脫硝技術

氮氧化合物的爐內控制技術成本相對較低，因此，爐內控制技術在火電廠內的應用已經普及。但隨著環保標準的不斷提高，單獨采用爐內控制的方式已經難以達到相關環保標準。因此，氮氧化合物產生后的清除設備在電廠中逐漸得到應用。如今通常采用的技術有SCR和SNCR（選擇性非催化還原技術）兩種。但是，SCNR的氮氧化合物清除效果較差，難以滿足應用需求，目前應用較多的還是SCR脫硝設備[1]。

2 SCR脫硝技術的介紹

SCR技術是在適當溫度下，利用氨或者尿素等還原劑將氮氧化合物中的氮還原成氮氣。在加入催化劑的環境下，將氮氧化合物轉化為氮氣和水，需要在超過850℃的高溫環境下進行。當加入催化劑后，反應需要的溫度大大降低，只需300～400℃即可，鍋爐省煤器和空氣預熱器之間的煙氣溫度即可滿足要求。在氮氧化合物和氧氣同時存在的情況下，氨會和氮氧化合物優先反應，從而降低氨的損耗。在反應過程中，當氮氧化合物和氨的濃度不高時，反應速度較慢。在溫度適宜的情況下，確保足夠的反應時間，可以更好地保證氮氧化合物的去除效果。

需要注意的是，在氮氧化合物和氨發生還原反應的同時，氧氣和氨的氧化反應也在進行，這就導致氨的額外損耗，氮氧化合物的反應效率也會受到影響。氧化反隨著系統溫度的升高而加快。煙道幾何外形、系統壓力變化、煙氣成分濃度以及系統溫度等外部因素和生產環境的變化都會影響SCR系統的運行效果[2]。

3 SCR還原劑概述

SCR的還原劑主要有氨水、無水氨和尿素三種。高濃度的氨毒性較高，具有可燃性，因此，氨通常被認定為一種危險品，需要按照標準，采取必要的安全措施進行運輸和存放，并且氨的存放設備往往要求比較嚴格。例如，無水氨需要以液氨的形式在壓力容器中儲存，在使用前需要進行氣化。在實際應用過程中，在滿足設計要求并按照安全流程操作的情況下，無水氨也可以安全使用。此外，氨還可以采用氨水的形式進行使用，其濃度通常為25%左右。由于氨水中氨氣的排放較少，對外界環境影響較小，對人員的危害性較低，其安全性較高。在SCR系統中，無水氨和氨水都可以使用，但其使用需要根據當地的安全規定和實際應用環境綜合考慮。氨水安全性較高，但將氨氣溶解在水中，本身質量和體積都大大增加，其運輸成本和倉儲成本都大大提高。在使用前，需將氨水中的水分蒸發，這個過程也需要消耗大量能量，同時，使用氨水時還需液泵系統提供動力，可見，使用氨水的附加成本較高。而無水氨的存儲空間和運輸成本都相對較低，但是其危險性較高，不適用于人員較為密集的地區。以上三種還原劑反應消耗比例為液氨/氨水/尿素=1/4/1.9。無水氨和尿素是目前最為常用的還原劑。

此外，尿素也被當作一種新型的還原劑進行使用，而且液態的尿素比較穩定，安全性較高。與無水氨相比，尿素在和氮氧化合物反應過程中，氨的逃逸較低，但反應需要更高的氨濃度，才能達到相同的效果，造成成本升高，同時尿素氧化過程中會產生溫室氣體[3]。不同還原劑的優缺點和應用場合如表1所示。

表1 SCR脫硝還原劑優缺點比較

4 還原劑性能的綜合比較

無水氨和尿素是煙氣脫硝常用的還原劑，氨水不作為本文的研究對象。筆者從投資成本、運營成本和安全性能等方面，利用實際應用數據對兩種還原劑進行比較。

4.1 投資成本比較

表2為某機組不同還原劑在不同脫硝比率下的設備資金投入情況，從中可以發現，無水氨的SCR技術方案的資金投入明顯較低。

表2 2×300 MW機組脫硝工程資金投入（不同脫硝比率成本損耗）

4.2 運營成本對比

脫硝運營成本包括電能、水資源以及氣體的消耗，但由于水和氣的消耗差別較小，因此不進行比較，此外還包括還原劑、催化劑以及設備損耗。表3為不同方案3年運營成本的比較，可見無水氨的運營成本較低。

表2 3年運營成本比較

4.3 安全性能比較

無水氨的危險性較高，高濃度氨氣對人體危害很大，而尿素安全性很高，十分安全。二者的優缺點比較如表4所示。

表4 不同還原劑的優缺點比較

根據燃煤電廠煙氣脫硝技術還原劑的特點，比較還原劑的優缺點，從經濟性方面來看，目前無水氨的使用更為普遍。

5 結論

尿素的安全性較好，價格波動小，但設備投資和運輸成本較高；在實際生產中，無水氨的設備投資和運營成本都比較低，但是由于運輸距離（＜500 km）的限制，火電廠對無水氨供應廠家的依賴性較高，供應量和產品價格比較受限。因此，用戶應對自身實際情況綜合考評，選用最為適宜的SCR還原劑和生產方案。

參考文獻

1 羅朝暉.選擇性非催化還原煙氣脫硝技術（SNCR）在循環硫化床鍋爐上的工程應用[D].上海：上海交通大學，2007.

2 孫克勤，韓 祥.燃煤電廠煙氣脫硝設備及運行[M].北京：機械工業出版社，2011.

3 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.