火電廠氮氧化減排及SCR煙氣脫硝技術

劉光華

(霍州煤電集團呂梁山煤電公司方山發電廠，山西 呂梁 033000)

引 言

燃煤發電技術是我國發電的主要技術，占有較主要的地位。而火力發電是燃煤電廠的助力技術，所以燃煤電廠想要實現環保的目標就是要對降低火電發電中氮氧化物的排放量。這時SCR煙氣脫硝技術水平就成為關鍵，決定發電企業的氮氧化物排放量是否在國家要求的標準范圍內[1]。

1 氮氧化物的產生機理

燃煤電廠在發電過程中產生氮氧化物的原理是十分復雜的，研究技術人員以產生氮氧化物位置的不同為劃分標準，大致將發電中氮氧化物劃分為兩種，第一種是在燃料區的位置形成的氮氧化物，第二種是在熱力區位置形成的氮氧化物。其實在富燃料區的位置也有形成的氮氧化物，但是這部分的氮氧化物產生的量非常少，同時產生的速度過快，所以研究技術人員在產生機理時不對這部分氮氧化物進行研究。分析第一種氮氧化物的結合方式是氮碳的形式，產生的化合物形狀不是環狀就是鏈狀的[2]。第二種氮氧化物產生的原因是其中氧原子的自由基發生反應，反應的形式鏈式反應。通過對比分析，研究人員發現原料的燃燒形式決定了氮氧化物排放量的大小。比如對原料進行燃燒時候的溫度，對原料進行燃燒時候的空氣系數等。其實發電過程中燃燒煤炭，其中氮氧化物存在的形式基本是CO形式，在氮氧化物中的占比超過了九成。

2 氮氧化物的危害

在火電廠發電過程中燃燒煤原料，燃燒過程中產生的氮氧化物對人、動物、生態環境等產生傷害較大。比如人在呼吸時吸入氮氧化物，會對呼吸道形成傷害，導致人體的血液在循環工作時其中的血紅蛋白含量數值與正常的數值不相符，從而形成缺氧的狀態。氮氧化物還會隨著大氣和水進入土地中，破壞土地的酸堿平衡，從而破壞整個的生態系統，導致農作物不能夠正常的生長，排放的氮氧化物還會與雨水進行反應，讓下降的雨水變為酸雨，破壞農業和林業的生長環境，更會隨著雨水進入到生態的水系統中，破壞生態水的酸堿度，讓水中的浮游生物無法繼續存活，導致水生態系統的食物鏈的斷裂；還有就是酸性的雨水還會對地面的建筑進行破壞，不斷的腐蝕建筑物，減少了建筑物的使用周期[3]。無論是在生活還是生產上都給人們帶來不小的麻煩。

3 火電廠氮氧化物減排技術

我國火電廠對氮氧化物減排使用最多技術有兩種。第一種是優化燃燒系統，從源頭上減少生成氮氧化物的產量;第二種是SCR煙氣脫硝技術，在排放前進行處理，減少排放物中硝的含量，從而降低排放物中氮氧化物的占比。

我國優化燃燒系統的工作有以下幾個形式：

1) 在火電廠鍋爐的熱效率不變的情況下，將燃燒氧量控制在科學合理的范圍內，盡量讓飛灰中碳的占比降到最低。

2) 經過研究技術人員的計算，合理更改三次風的比例。

3) 在火電廠鍋爐的熱效率不變的情況下，讓進風開度達到合理的最大數值，讓鍋爐內部火焰能夠充分燃燒。

4) 對配風的方式進行優化，研究技術人員建議使用束腰形，這樣能保證鍋爐燃燒效率最大，盡可能的降低氮氧化物的生成量[4]。

5) 對火電廠的燃燒原料煤進行分析，燃燒前確定原料煤的煤粉細度，根據確定的煤粉細度確定制粉系統，進行科學的混配摻燒，增加鍋爐燃燒熱效率的最大數值，盡可能降低氮氧化物的生成量。

對尾部煙氣進行脫硝時，使用技術根據使用頻率，技術大致可以分為三種。第一種是選擇性催化還原脫硝技術，就是常說的SCR技術。第二種是選擇性非催化還原脫硝技術，就是常說的SNCR技術。第三種是將兩種技術一起使用的混合脫硝技術。三種技術的比較，如表1所示。

表1 三種技術的比較

4 選擇性催化還原煙氣脫硝技術(SCR)

選擇性催化還原脫硝技術，就是常說的SCR技術的流程圖，如圖1所示。

圖1 SCR技術原理流程圖

煙氣SCR脫硝技術中，最核心的物質是SCR的催化劑。在SCR的催化劑中最常使用的蜂窩式SCR催化劑。因為該催化劑的有四個優勢，第一個優勢是其表面積大；第二個優勢是其反應的活性高；第三個優勢是該催化劑擁有單體硬化技術，可以提高其的強度和耐磨度；第四種優勢是能夠適應的溫度范圍大。溫度的范圍是270 ℃～450 ℃。這四種優勢能夠提高煙氣SCR脫硝技術的效率和效果。

催化劑的生產工藝流程為：混煉→陳腐→過濾→擠出→初級干燥→二級干燥→煅燒→切割→端面硬化→產品組裝[5]。

其中流程的混煉是在設備進行低俗攪拌時加入相應的生產輔料。始終監測泥料的酸堿度，在泥料的酸堿度的數值在7.8～8.4時，將泥料導入陳腐設備里密封。陳腐是在20 ℃～30 ℃的溫度下，濕度在80%以上時。對保證泥料的均勻度。過濾是在50 ℃的溫度下，該溫度是防止泥料在進行擠壓時水分的揮發。擠出是使用專用的設備，將初步擠壓的泥料進行最后的壓成工作，讓泥料形成蜂窩狀，其中最后的尺寸和面積是由使用設備和使用要求來確定的。初級干燥是利用升高溫度來減少泥料中水分，利用的原理是水分的蒸發，以此取得濕度較低的坯子，該過程需要進行多次，是為了保證催化劑的應力變化波動變小，所有部位受力大小一致。二級干燥是催化劑經過初級干燥后，基本形態已經形成，這時直接煅燒，由于催化劑里水分占比還是超過規定數值的，導致催化劑在煅燒時容易斷裂[6-7]。所以二級干燥目的是將水分的占比控制在3%之下，期間可以使用鼓風機等設備加快提高效率。煅燒時候的關鍵是要注意溫度。催化劑在剛開始時，一定要進行恒溫，恒溫結束后才可以升溫，最后是進行降溫。恒溫階段是讓物質之間可以進行充分的反應。整個流程中，技術人員一定要仔細觀察同時做好補充氧量的工作，保證催化劑的高質量。煅燒完成后用切割設備修整催化劑的大小。再利用硬化助劑增加其強度，增加催化劑的使用時間。

5 結語

我國電力行業中發電的主要形式是火力發電，為了響應國家的號召和滿足新的排放標準，研究技術人員一定要開發和創新氮氧化物的減排技術。在減排技術取得一定的進步后，還要提高企業的管理水平，讓火電廠的氮氧化物的排放量達到最低，讓火力電廠能夠科學、綠色、高效的長久發展下去。