淺談環保新形勢下燃機脫硝技術選擇

徐兵海

摘要：隨著我國火電行業的快速發展，燃氣燃燒過程中產生的氮氧化物（NOx）對環境造成的污染也日益加劇。隨著國內燃氣機組超低排放改造的全面實施，我們對脫硝技術的現狀和發展也提出了更高的要求。如何研究選擇燃機脫硝技術，已成為了我們當前必須重視的課題。基于此，筆者結合工作經驗對環保新形勢下燃機脫硝技術進行了研究，希望能為同行人士帶來經驗方面的參考，促進燃機脫硝技術的發展，共同為祖國的經濟建設和環保事業貢獻力量。

關鍵詞：環保;燃機;脫硝技術

引言：

在環境保護要求越來越高、人們環保意愿越來越強烈的今天，作為傳統的污染大戶，隨著時代的發展和文明的進步，環境保護越來越得到廣大人民群眾強烈的關注。燃機系統燃氣的脫硝工藝的選擇與優化就成為了控制大氣環境污染源之一的氮氧化物排放的重要措施。

一、燃機NOx產生機理

燃機機組產生的氮氧化物（NOx）主要含有一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），其中NO占NOx總量的大部分。在天然氣燃燒過程中氮氧化物的生成量與天然氣的燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣系數等燃燒條件有關。研究表明，在天然氣的燃燒過程中生成NOx的主要途徑有3個：

（1）燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化合物在燃燒過程中熱分解后氧化而生成的NOx。（2）熱力型NOx，它是空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成的NOx。

（3）快速型NOx，它是燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如HC等反應生成的NOx。這3種類型的NOx，其各自的生成量和天然氣的燃燒溫度有關，在燃氣輪機中，熱力型與快速型NOx是主要的，燃料型較少。由于燃機機組燃燒溫度較高，當空氣過量系數大時，很容易生成NOx。從研究燃機機組NOx產生的機理，很容易發現控制燃機的NOx排放有兩種途徑：一種是在上游減少燃機燃燒時NOx的生成量，我們稱之為燃燒中控制;另一種是在下游將生成的NOx除去，我們稱之為燃燒后控制。

二、環保新形勢下燃機脫硝技術概述及技術分類

燃機的煙氣脫硝技術的開發和應用是為了適應我國大氣污染減排力度加大的要求，而采取的將運用于大型燃氣電廠的選擇性催化還原脫硝的成熟工藝技術。受自身特點的要求，在燃機的煙氣脫硝技術的實施過程中，要解決脫硝技術難以適應燃機負荷和爐溫頻繁變化、無法達到持續穩定運行效果等問題。燃機的煙氣脫硝技術的有效實施對于燃機氮氧化物的減排有著重要的作用，是我國中小型工業燃機氮氧化物減排的可行性戰略之一。

我國針對目前的科技技術水平，在進行脫硝的過程中，主要技術流程有以下2類：第一類，燃燒時脫硝，該項技術是在燃氣過程中，通過注入蒸汽等外在條件對燃燒進行處理，或者干式低NOx燃燒技術等技術，進行脫硝處理;第2類，尾部煙氣脫硝，該項技術是在燃氣之后，對其生成的氣體，利用SNCR或者SCR技術，進行還原反應。或者利用氮氧化合物的物理性質，利用活性炭進行吸附。

三、燃機系統主要脫硝技術手段及特點

燃氣燃機脫硝方式可以分為兩類：一類是燃燒過程中降低NOx生成，如端部分燃料燃燒、干式低NOx燃燒技術等;另一類是尾部煙氣脫硝技術，主要有SCR和SNCR，其中SCR技術被廣泛應用于火電廠。

（一）燃燒過程中降低NOx的方法

干式低NOx燃燒技術

DLN技術通過設計改進燃燒器以及控制空氣/燃料比和其他過程變量，以實現控制燃燒反應的峰值溫度，從而減少NOx的生成。但隨著燃燒溫度的降低，燃燒火焰的穩定性降低，CO及UHC排放隨之增加，燃機效率下降。有單位已通過對現有300 MW燃氣-蒸汽聯合循環機組進行改造，改用DLN1.0燃燒系統后，實測NOx排放體積分數〈1.0×10-5，完全滿足燃氣機組NOx排放標準。

（二）尾部煙氣脫硝

目前，SCR技術為最廣泛使用的尾部煙氣脫硝技術。在催化劑作用下，SCR系統選擇性地使氨（NH3）和氧（O2）與燃機廢氣中的NOx反應，形成分子氮（N2）和水（H2O），從而降低氮氧化物排放。具體反應如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O（2）

3NO2+4NH3→7N2+6H2O（3）

反應式（1）為主導反應，稱為標準SCR反應。當煙氣中含有NO2時，會發生反應式（2）和反應式（3），其中式（3）的反應速率遠小于式（1）和式（2），反應式（2）被稱為快速SCR反應。石曉燕等研究指出，當煙氣中NOx中NO2的比例逐漸增大時，催化劑的NOx轉化率隨之增大，低溫段下的增加趨勢更加明顯，但隨著NO2比例增大，N2O的生成量明顯增加，研究結果顯示，在NO2/NOx=0.5，反應溫度為250℃條件下N2O產生量最多。有研究資料等也表明，NH3同NO2+NO的反應速率遠高于NH3同NO的反應速率，在低溫條件下NO向NO2的轉化可以提高SCR脫硝效果。

四、脫硝還原劑的確定

在SCR系統中，是靠氨和NOx反應來達到脫硝的目的。穩定、可靠的供氨系統才能保證SCR系統的良好運行。

（一）液氨法

液氨由槽車運送到液氨貯槽，液氨貯槽輸出的液氨在氨氣蒸發器內經40℃左右的溫水蒸發為氨氣，并將氨氣加熱至常溫后，送到氨氣緩沖槽備用。緩沖槽的氨氣經調壓閥減壓后，送入各機組的氨氣/空氣混合器中，與來自送風機的空氣充分混合后，通過氨噴射格柵（A1G）噴入煙氣中.與煙氣混合后進入SCR催化反應器.

（二）尿素水解法

運輸車把尿素卸到卸料倉內，尿素被直接從卸料倉送入混合罐。尿素在混合罐中被攪拌器攪拌以確保尿素的完全溶解，然后用循環泵將溶液抽出來，這個過程不斷重復，以維持尿素溶液存儲罐的液位。經過濾后的溶液進入水解槽，在水解槽中，尿素溶液首先通過蒸汽預熱器加熱到反應溫度，然后尿素溶液與水反應成氨和一氧化碳。在對安全不敏感地區，即脫硝劑運輸路線無人口密集區、水庫等安全要求較高地區時，可選擇液氨作為還原劑以降低投資成本。如果對安全要求較高，則選擇尿素比較合適。

五、結束語：

總之，燃機系統燃氣的脫硝技術的選擇對于控制系統氮氧化物排放、降低大氣污染變得尤為重要。兼具大功率、高效率和低污染特點的燃氣輪機新技術將得到廣泛應用，故而在新環保形勢下，為符合國家當前節能減排的環保政策，各企業應結合當地環保標準，進行充分的技術論證，因地制宜地采取更為靈活、合理的脫硝技術方案，以期達到既滿足環保達標排放的效果。

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