熱電廠鍋爐煙氣脫硝技術實踐應用

文_鮑齊琦 湖州市吳興區環境應急與事故調查中心

1 煙氣脫硝技術概述

煙氣脫硝系統是熱電廠生產系統中的重要組成部分，其主要功能是凈化鍋爐煙氣，減少煙氣中氮氧化物含量，以此來實現減少環境污染的目的。目前在熱電廠鍋爐裝置中有大量低NOx燃燒技術，實際應用中可以顯著降低鍋爐NOx排放含量。低NOx燃燒技術實際應用中，主要是通過減少燃料周圍氧氣濃度，減少一次風量以及揮發分燃燼前燃料和二次風的摻混，在氧濃度較少情況下保持足夠停留時間，以此來避免燃料中N不容易生成NOx，生成的部分NOx通過均相反應還原分解，在過剩空氣情況下可以降低溫度峰值，熱力型的NOx生成量大幅度減少。如果選擇降低熱風溫度與煙氣再循環，可以加入一定量的還原劑，生成NH3、CO以及HCN等物質，促使NOx充分還原分解。

但低NOx燃燒技術通常僅僅可以取得50%的脫氮率，如果需要進一步提升脫氮率，則需要積極引用煙氣脫硝技術。目前熱電廠中應用較為廣泛的煙氣脫硝技術有選擇性非催化換元法（SNCR）以及選擇性催化劑換元法（SCR）、同時脫硫脫硝法以及電子束照射法等幾種，其中當屬SCR煙氣脫硝技術脫銷效率最高，操作簡單，運行穩定，便于后期維護，因此多數的熱電廠鍋爐選擇SCR煙氣脫硝技術。

2 熱電廠鍋爐煙氣脫硝技術的意義

經濟社會飛快發展，日益增長的能源消費帶來了不同程度的環境污染，已經威脅到人類社會的可持續生存和發展。鍋爐煙氣中包含的二氧化硫、煙塵以及氮氧化物等有害物質如果未經處理就直接排放到空氣中，會造成嚴重的大氣污染，誘發酸雨和溫室效應。對此，我國已經大規模組織開展煙氣脫硫項目，但煙氣脫硝項目規模還有所不足。如果忽視煙氣中氮氧化物治理，將會進一步加劇大氣污染，并且氮氧化物未來將取代二氧化硫成為大氣污染中的主要污染物。相較于發達國家，我國的煙氣脫硝項目起步較晚，目前所采用的煙氣脫硝技術也是歐美等發達國家引進，技術依賴性較大。對此，應該進一步深化煙氣脫硝技術研究和發展，以便于推動我國煙氣脫硝市場規模擴大，為提升大氣污染治理成效做出更大的貢獻。

3 熱電廠鍋爐煙氣脫硝技術分析

3.1 SCR

3.1.1 反應原理

SCR是目前應用最廣泛的、效率最高的脫硝技術。此項技術主要是在催化劑作用下，將氨噴入到廢氣中，促使NOx物質充分的還原成水與N2。應用催化劑，一方面是為了減少反應溫度，在280～420℃之間進行還原反映，同時在催化劑作用下，還原劑選擇性的同NOx反應生成水與N2，而不是被水氧化，有效提升反應效率，降低控制難度。

3.1.2 工藝流程

基于灌裝卡車運輸液態氨，同時存儲在氨罐中；借助蒸發器對液態氨進行蒸發氣化處理；氣化的氨和空氣混合，經由噴氨格柵進入到SCR反應器上游煙氣中；同煙氣充分混合后，進入到SCR反應器，在催化劑作用下選擇性的同煙氣中NOx進行化學反應，將其轉化成無害的N2與水，以此來實現去除NOx的目的，詳見圖1。

圖1 脫銷效率、氨和催化劑的關系

3.1.3 布置方式

依據不同的反應器布置方式，SCR脫硝技術可以細化為高溫低塵布置、高溫高塵布置和低塵低溫布置。具體如：①高溫高塵SCR工藝，將脫硝反應器設置在鍋爐省煤器后，空氣預熱器的前段。此種方式可以保證煙氣溫度較高，不需要加熱即可快速反應，能耗小，成本低。但此種方式由于粉塵濃度較高，長期使用下可能導致催化劑反應器堵塞，并且煙氣中的Ca、K、Na以及As等成分會導致催化劑被污染，催化劑使用壽命大大縮短。②高溫低塵SCR工藝，靜電除塵器和空氣預熱器中間位置設置反應器，通過高溫靜電除塵器除塵處理后的高溫煙氣，進入到催化反應器，煙氣溫度大概在300～400℃范圍內，不需要配備加熱裝置進一步加熱，可以大大降低催化反應器磨損和老化程度，催化劑使用壽命進一步延長。但煙氣中粉塵顆粒粒徑較細，容易黏連，不具備粗大飛灰顆粒清掃作用，容易加劇催化劑堵塞，因此需加快煙氣速度，實現催化劑表面清掃的目的。③低溫低塵布置，在預熱器、靜電除塵器和煙氣脫硫裝置后設置反應器，通過除塵和脫硫裝置，降低SO2以及粉塵的濃度，可以有效降低后期裝置堵塞幾率，催化劑使用壽命進一步延長。低含塵布置方式，由于催化反應器是在脫硫裝置后，因此該區域煙氣溫度是60℃，難以滿足還原反映的需求，需要增設煙氣換熱器和燃氣裝置用于加熱該區域的煙氣溫度，一定程度上增加了整體能耗和運行成本。

需要注意的是，SCR技術應用中需要做好催化劑的選擇，具體有蜂窩式、平板式以及波紋板式，其性能如表1所示。

3.2 SNCR

3.2.1 技術原理

SNCR是選擇含氨基的還原劑噴入鍋爐爐膛中，還原劑選擇性和煙氣的NOx進行還原反應，生成水和N2物質。

（1）NH3作為催化劑

(2)尿素為催化劑

3.2.2 工藝流程

SNCR煙氣脫硝處理中，接受和存儲還原劑；劑量輸出還原劑，并且與水混合稀釋；鍋爐合適位置加入混合的還原劑；還原劑和煙氣混合實現脫硝處理。

3.2.3 布置方式

選擇適量還原劑稀釋到反應所需濃度，基于加壓泵、輸送管道將其輸入到爐前噴射系統中，在鍋爐四周霧化噴嘴噴乳到爐膛中，在900～1100℃高溫區域，充分同鍋爐中NOx進行反應。在此期間，鍋爐負荷發生明顯變化，則要及時調節還原劑用量，規避氨逃逸，提升脫硝率。另外，為了滿足各個溫度區域需求，擴大反應接觸面積，通常情況下采用多層布置噴嘴的方式予以處理。

4 結語

綜上所述，熱電廠鍋爐煙氣脫硝是必然選擇，可以在保證發電效率同時，最大程度上減少對環境的污染和影響，滿足可持續發展要求。因此，要結合實際情況靈活選擇不同的煙氣脫硝技術，優先選擇成本低、操作便捷和脫硝率高的技術，以期取得理想的煙氣脫硝效果，促進熱電廠生產活動順利進行。