SCR，SNCR和SNCR/SCR煙氣脫硝技術的應用及對比

王繼華

(中國華電科工集團有限公司，北京 100160)

0 引言

燃煤電廠機組運行過程中，排放的煙氣中含有大量的NOx，造成嚴重的環境污染，影響空氣質量。為降低煙氣中NOx的排放量，加強環境保護，各燃煤電廠陸續開始增設脫硝裝置。目前，成熟的燃煤電廠NOx控制技術主要包括燃燒中脫硝技術和煙氣脫硝技術，燃燒中脫硝技術是指低氮燃燒技術(LNB)，煙氣脫硝技術包括選擇性催化還原(SCR)、選擇性非催化還原(SNCR)和SNCR/SCR聯用技術[1]等。本文主要介紹3種煙氣脫硝技術的應用及對比。

1 SCR，SNCR和SNCR/SCR脫硝技術簡介

1.1 SCR脫硝

SCR化學反應機制比較復雜，但主要反應是在一定的溫度和催化劑作用下，還原劑有選擇地把煙氣中的NOx還原為無毒無污染的N2和H2O，工業應用的還原劑主要是氨，其次是尿素。液氨或氨水在蒸發器蒸發后噴入系統中，在催化劑的作用下，氨氣將煙氣中的NOx還原為N2和H2O。SCR反應溫度為250～450 ℃，主反應方程式(催化劑作用下)：

副反應方程式：

布置方式：(1)高塵布置：脫硝裝置布置在鍋爐的省煤器與空氣預熱器(以下簡稱空預器)之間，如圖1a所示；(2)高溫除塵低塵布置：脫硝裝置布置在高溫除塵裝置后，如圖1b所示；(3)脫硫后低塵布置：脫硝裝置布置在脫硫裝置后，如圖1c所示。目前已建SCR法脫硝裝置大多采用高塵布置方式。SCR主要性能指標包括脫硝效率、NH3逃逸率、SO2/SO3轉化率等。

國投伊犁能源開發有限公司國投伊犁熱電(2×330 MW)脫硝工程，由中國華電科工集團有限公司做脫硫、脫硝系統設計-采購-施工(EPC)總承包。該項目為2011年新建機組，同步建設脫硫、脫硝裝置。煙氣脫硝采用SCR法，氨作還原劑，每臺鍋爐設置2臺反應器，SCR反應器布置在鍋爐省煤器和空預器之間(屬高塵布置方式)；采用2+1(備用)層蜂窩式催化劑，用聲波吹灰器進行吹灰。該機組2012年投運，脫硝效率達到80%以上。

1.2 SNCR脫硝

在不采用催化劑的條件下，在爐膛(或循環流化床分離器)內煙氣適宜處(反應溫度窗口為850～1 100 ℃)均勻噴入氨或尿素等還原劑，與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O[2]。SNCR主要性能指標包括脫硝效率、NH3逃逸率等。主反應方程式：

當溫度高于溫度窗口時，NH3的氧化反應開始起主導作用，反而生成NO，副反應方程式：

河北華電石家莊熱電有限公司4×410 t/h 鍋爐脫硝改造工程，由中國華電科工集團有限公司做EPC總承包。采用顆粒尿素作還原劑[3]，系統由尿素公用區和SNCR區組成。2014年系統投入運行，脫硝裝置出口NOx排放質量濃度<100 mg/m3(標態，干基，6% O2，下同)。

王繼華：SCR，SNCR和SNCR/SCR煙氣脫硝技術的應用及對比

圖1 脫硝裝置布置方式

1.3 SNCR/SCR聯用技術

在煙氣流程中分別安裝SNCR 和SCR 裝置。在SNCR區段，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統，首先將還原劑噴入爐膛，高溫下還原劑與煙氣中的NOx發生非催化還原反應，實現初步脫氮；在SCR區段利用SNCR工藝逃逸的氨氣在SCR催化劑的作用下將煙氣中的NOx還原成N2和H2O。其主要反應如下。

氨為還原劑：

尿素為還原劑：

當溫度超過反應溫度時，氨會被氧化成NOx：

與單一的SCR技術和SNCR技術相比，SNCR/SCR聯用煙氣脫硝技術的優點有：聯用技術脫硝效率接近SCR技術；催化劑用量少；SCR反應器體積小，空間適應性強；脫硝系統阻力小；減少SO2向SO3的轉化，降低腐蝕危害；可以方便地使用尿素作為脫硝還原劑。SNCR/SCR聯用技術是將SNCR工藝的低費用特點同SCR工藝的高脫硝效率及低的氨逸出率有效結合[4]。

新疆華電哈密熱電有限責任公司#5，#6機組脫硝改造工程，由中國華電科工集團有限公司做EPC總承包。該項目采用低氮燃燒(LNB)+SNCR/SCR脫硝工藝，顆粒尿素作還原劑，爐側設置LNB，SNCR噴射系統安裝在鍋爐爐膛上，SCR裝置安裝在鍋爐省煤器出口至空預器入口之間(屬高塵布置方式)，反應器布置在空預器上方，每臺鍋爐按一臺反應器設計，每臺反應器布置一層板式催化劑，采用聲波吹灰器進行吹灰。2014年系統投入運行，脫硝裝置出口NOx排放質量濃度<100 mg/m3。

1.4 SCR，SNCR和SNCR/SCR脫硝工藝比較

3種煙氣脫硝技術的綜合對比見表1。選擇煙氣脫硝技術需根據機組的實際情況，綜合比較各技術的優缺點，做到既滿足國家環保要求，又不造成資金浪費。

2 脫硝控制系統配置方案

2.1 脫硝系統控制方式

依據燃煤電站運行特點及脫硝系統與鍋爐的關系，對于2臺鍋爐的脫硝系統，通常可以考慮以下3種脫硝系統控制方式。

(1)脫硝反應區控制直接采用分散控制系統(DCS)或可編程邏輯控制器(PLC)控制站，控制站布置在單元機組電子設備間內，直接接入主機組控制系統；還原劑制備區控制設備采用DCS/PLC遠程站或遠程I/O，布置在還原劑制備區就地電子設備間內，通過光纖連入2臺機組的公用DCS/PLC網。

表1 3種煙氣脫硝技術的綜合對比

通過上述控制方式，整個脫硝系統的監視和控制可直接在單元機組控制系統操作員站上完成。該方案中的脫硝反應區及還原劑制備系統只是整個DCS網中的一個分支系統。脫硝控制系統軟硬件應與主機系統一致。

(2)脫硝反應區部分的控制方式同上述方式；考慮還原劑介質的特殊性，將脫硝還原劑制備區視為燃煤電站輔助車間，對其采用PLC設備，就地設控制室，重要信號通過硬接線連入主機DCS，制備區控制納入全廠輔控網，從而減少對機組運行人員的干擾。在單元機組操作員站上完成脫硝反應區的監控，在輔控網上實現脫硝還原劑制備區的監控。

(3)脫硝反應區控制直接采用DCS或PLC控制站，控制站布置在脫硫電子設備間內或反應器平臺上，直接接入脫硫控制系統；還原劑制備區控制設備采用DCS/PLC遠程站或遠程I/O，布置在還原劑制備區就地電子設備間內，通過光纖連入2臺機組的公用脫硫網。脫硝系統重要信號通過硬接線連入主機DCS，整個脫硝系統的監視和控制直接在脫硫控制室內完成。此種控制方式適合脫硫脫硝為建設-經營-轉讓(BOT)運營模式的項目。

2.2 控制機柜布置

不論采用哪種脫硝工藝方案和控制方式，脫硝還原劑制備區的控制機柜均統一布置在就地電子設備間。根據脫硝工藝方案、控制方式及甲方的具體要求，脫硝反應區控制柜的布置方式通常可以考慮以下幾種方案。

(1)布置在單元機組電子設備間。控制柜電源取自機組DCS電源柜，電纜敷設可利舊使用部分主機電纜通道，便于單元機組對脫硝系統設備的監控。適用于采用2.1章節中第(1)，(2)種控制方式的脫硝系統。

(2)布置在脫硝平臺上或脫硝煙氣自動監控系統(CEMS)小間。控制柜電源可取自機組電源柜，亦可取自就近脫硝電氣電源；控制電纜的距離較短，電纜敷設和檢修維護方便。適用于各種控制方式的脫硝系統。

(3)布置在脫硫電子設備間。控制柜電源取自脫硫DCS電源柜，電纜敷設可利舊使用部分脫硫電纜通道，便于脫硫對脫硝系統設備的監控。僅適用于采用2.1章節中第(3)種控制方式的脫硝系統。

3 結束語

截至2018年，全國90%以上的火電廠已設有脫硝裝置，大部分電廠已完成煙氣脫硝超低排放改造。SCR，SNCR，SCR/SNCR聯合脫硝技術廣泛應用于全國各類火電燃煤機組，每種技術的優缺點較為明顯。設計時應根據改造機組的工藝參數、地理位置、空間要求等情況，合理地選擇脫硝技術方案和控制方式。