淺談環(huán)保新形勢(shì)下燃機(jī)脫硝技術(shù)選擇

徐兵海

摘要：隨著我國火電行業(yè)的快速發(fā)展，燃?xì)馊紵^程中產(chǎn)生的氮氧化物（NOx）對(duì)環(huán)境造成的污染也日益加劇。隨著國內(nèi)燃?xì)鈾C(jī)組超低排放改造的全面實(shí)施，我們對(duì)脫硝技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展也提出了更高的要求。如何研究選擇燃機(jī)脫硝技術(shù)，已成為了我們當(dāng)前必須重視的課題。基于此，筆者結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)環(huán)保新形勢(shì)下燃機(jī)脫硝技術(shù)進(jìn)行了研究，希望能為同行人士帶來經(jīng)驗(yàn)方面的參考，促進(jìn)燃機(jī)脫硝技術(shù)的發(fā)展，共同為祖國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：環(huán)保;燃機(jī);脫硝技術(shù)

引言：

在環(huán)境保護(hù)要求越來越高、人們環(huán)保意愿越來越強(qiáng)烈的今天，作為傳統(tǒng)的污染大戶，隨著時(shí)代的發(fā)展和文明的進(jìn)步，環(huán)境保護(hù)越來越得到廣大人民群眾強(qiáng)烈的關(guān)注。燃機(jī)系統(tǒng)燃?xì)獾拿撓豕に嚨倪x擇與優(yōu)化就成為了控制大氣環(huán)境污染源之一的氮氧化物排放的重要措施。

一、燃機(jī)NOx產(chǎn)生機(jī)理

燃機(jī)機(jī)組產(chǎn)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(shù)等燃燒條件有關(guān)。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(gè)：

（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?dú)庠诟邷叵卵趸傻腘Ox。

（3）快速型NOx，它是燃燒時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如HC等反應(yīng)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(guān)，在燃?xì)廨啓C(jī)中，熱力型與快速型NOx是主要的，燃料型較少。由于燃機(jī)機(jī)組燃燒溫度較高，當(dāng)空氣過量系數(shù)大時(shí)，很容易生成NOx。從研究燃機(jī)機(jī)組NOx產(chǎn)生的機(jī)理，很容易發(fā)現(xiàn)控制燃機(jī)的NOx排放有兩種途徑：一種是在上游減少燃機(jī)燃燒時(shí)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(huán)保新形勢(shì)下燃機(jī)脫硝技術(shù)概述及技術(shù)分類

燃機(jī)的煙氣脫硝技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用是為了適應(yīng)我國大氣污染減排力度加大的要求，而采取的將運(yùn)用于大型燃?xì)怆姀S的選擇性催化還原脫硝的成熟工藝技術(shù)。受自身特點(diǎn)的要求，在燃機(jī)的煙氣脫硝技術(shù)的實(shí)施過程中，要解決脫硝技術(shù)難以適應(yīng)燃機(jī)負(fù)荷和爐溫頻繁變化、無法達(dá)到持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行效果等問題。燃機(jī)的煙氣脫硝技術(shù)的有效實(shí)施對(duì)于燃機(jī)氮氧化物的減排有著重要的作用，是我國中小型工業(yè)燃機(jī)氮氧化物減排的可行性戰(zhàn)略之一。

我國針對(duì)目前的科技技術(shù)水平，在進(jìn)行脫硝的過程中，主要技術(shù)流程有以下2類：第一類，燃燒時(shí)脫硝，該項(xiàng)技術(shù)是在燃?xì)膺^程中，通過注入蒸汽等外在條件對(duì)燃燒進(jìn)行處理，或者干式低NOx燃燒技術(shù)等技術(shù)，進(jìn)行脫硝處理;第2類，尾部煙氣脫硝，該項(xiàng)技術(shù)是在燃?xì)庵螅瑢?duì)其生成的氣體，利用SNCR或者SCR技術(shù)，進(jìn)行還原反應(yīng)。或者利用氮氧化合物的物理性質(zhì)，利用活性炭進(jìn)行吸附。

三、燃機(jī)系統(tǒng)主要脫硝技術(shù)手段及特點(diǎn)

燃?xì)馊紮C(jī)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(shù)等;另一類是尾部煙氣脫硝技術(shù)，主要有SCR和SNCR，其中SCR技術(shù)被廣泛應(yīng)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(shù)

DLN技術(shù)通過設(shè)計(jì)改進(jìn)燃燒器以及控制空氣/燃料比和其他過程變量，以實(shí)現(xiàn)控制燃燒反應(yīng)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(wěn)定性降低，CO及UHC排放隨之增加，燃機(jī)效率下降。有單位已通過對(duì)現(xiàn)有300 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組進(jìn)行改造，改用DLN1.0燃燒系統(tǒng)后，實(shí)測(cè)NOx排放體積分?jǐn)?shù)〈1.0×10-5，完全滿足燃?xì)鈾C(jī)組NOx排放標(biāo)準(zhǔn)。

（二）尾部煙氣脫硝

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

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O（2）

3NO2+4NH3→7N2+6H2O（3）

反應(yīng)式（1）為主導(dǎo)反應(yīng)，稱為標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)。當(dāng)煙氣中含有NO2時(shí)，會(huì)發(fā)生反應(yīng)式（2）和反應(yīng)式（3），其中式（3）的反應(yīng)速率遠(yuǎn)小于式（1）和式（2），反應(yīng)式（2）被稱為快速SCR反應(yīng)。石曉燕等研究指出，當(dāng)煙氣中NOx中NO2的比例逐漸增大時(shí)，催化劑的NOx轉(zhuǎn)化率隨之增大，低溫段下的增加趨勢(shì)更加明顯，但隨著NO2比例增大，N2O的生成量明顯增加，研究結(jié)果顯示，在NO2/NOx=0.5，反應(yīng)溫度為250℃條件下N2O產(chǎn)生量最多。有研究資料等也表明，NH3同NO2+NO的反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于NH3同NO的反應(yīng)速率，在低溫條件下NO向NO2的轉(zhuǎn)化可以提高SCR脫硝效果。

四、脫硝還原劑的確定

在SCR系統(tǒng)中，是靠氨和NOx反應(yīng)來達(dá)到脫硝的目的。穩(wěn)定、可靠的供氨系統(tǒng)才能保證SCR系統(tǒng)的良好運(yùn)行。

（一）液氨法

液氨由槽車運(yùn)送到液氨貯槽，液氨貯槽輸出的液氨在氨氣蒸發(fā)器內(nèi)經(jīng)40℃左右的溫水蒸發(fā)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(jīng)調(diào)壓閥減壓后，送入各機(jī)組的氨氣/空氣混合器中，與來自送風(fēng)機(jī)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(jìn)入SCR催化反應(yīng)器.

（二）尿素水解法

運(yùn)輸車把尿素卸到卸料倉內(nèi)，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(huán)泵將溶液抽出來，這個(gè)過程不斷重復(fù)，以維持尿素溶液存儲(chǔ)罐的液位。經(jīng)過濾后的溶液進(jìn)入水解槽，在水解槽中，尿素溶液首先通過蒸汽預(yù)熱器加熱到反應(yīng)溫度，然后尿素溶液與水反應(yīng)成氨和一氧化碳。在對(duì)安全不敏感地區(qū)，即脫硝劑運(yùn)輸路線無人口密集區(qū)、水庫等安全要求較高地區(qū)時(shí)，可選擇液氨作為還原劑以降低投資成本。如果對(duì)安全要求較高，則選擇尿素比較合適。

五、結(jié)束語：

總之，燃機(jī)系統(tǒng)燃?xì)獾拿撓跫夹g(shù)的選擇對(duì)于控制系統(tǒng)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(diǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)新技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，故而在新環(huán)保形勢(shì)下，為符合國家當(dāng)前節(jié)能減排的環(huán)保政策，各企業(yè)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行充分的技術(shù)論證，因地制宜地采取更為靈活、合理的脫硝技術(shù)方案，以期達(dá)到既滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的效果。

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