火電企業脫硝技術改造展望

黃重德

摘要：為了構建環境友好型社會，國家不斷提高環保的標準，加大了對氣體排污的治理力度。目前火電廠氮氧化物的排放控制也需加強。新建300MW以上機組均同步安裝脫硝裝置，原有的機組中，北京、廣州等地火電機組完成了脫硝改造，國內別的地方紛紛響應號召，進行機組的脫硝改造。本文旨在對脫硝技改進行展望，以期運用到實際工作中。

關鍵詞：火電企業 脫硝技改 低氮燃燒 選擇性催化還原

0 引言

氮氧化物作為火電排放廢氣的主要組成物之一，嚴重破壞了我們的環境——形成硝酸型酸雨、破壞臭氧層等。隨著排污制度的進一步執行，對于鍋爐NOx的排放控制日趨嚴格。與此同時，專門征收的NOx排污費已經展開，電廠為此花費大筆資金。因此，不管是新建火電機組還是老機組的升級改造，都要求NOx排放必須大大降低，以解決當前火電企業面臨的窘境。

1 脫硝技術概述

火電機組在生產中產生氮氧化物的方式主要有兩種：一種是熱力型NOx，即空氣中自帶的氮鼓入鍋爐時，與氧反應的氮氧化物；另一種是燃料型NOx，即煤炭中含有的氮化合物在高溫下反應生成的氮氧化物。由于火電企業使用煤炭，機組在生產過程中產生的氮氧化物絕大部分是燃料型NOx，熱力型NOx只占小部分。

根據燃煤機組在燃燒前、燃燒中、燃燒后生成的氮氧化物，控制其排放的措施可分為三類。這其中燃燒前脫氮成本過高，實際在企業中應用很少。燃燒中脫氮和燃燒后脫氮是目前應用較廣泛的方法。燃燒中脫氮即低氮燃燒技術，燃燒后脫氮即煙氣脫硝技術。

2 低氮燃燒技術

早在20世紀50年代國外就開始研究控制和降低燃燒過程中NOx的生成。如德國和日本等，他們比較廣泛的一種做法是，利用低氮燃燒在前期減少一半以上的NOx生成，剩余的NOx排入脫硝裝置后再進行煙氣脫硝。這種處理技術的特點是工藝成熟、投資和運行成本低。總結起來，火電企業常用的低氮燃燒技術有以下幾種：

2.1 低過量空氣燃燒

燃料種類、燃燒方式和排渣方式的改變是低過量空氣燃燒抑制NOx產生的主要途徑。這種模式不需改動燃燒裝置的構造，并且在降低NOx排放的同時，一定程度上提高了裝置運行的經濟型。這種優化燃燒、降低氮氧化物生產量的方式比較簡單。缺點是：總的降低幅度有限；并且在過量空氣系數降低過多時，可能造成氣溫特性變化、受熱面粘結渣質及飛灰可燃物增加而導致的經濟性下降。

2.2 低氮燃燒器

低氮燃燒器主要工作原理是在鍋爐出口控制空氣進氣量，達到分級送風，抑制熱力型NOx的生成；并將空氣與燃料合理配比，以阻止燃料中的氮在高溫中反應生成NOx。這種工作模式可以同時保持較高的燃燒效率。目前，大多新的鍋爐均自帶有低氮燃燒器，并隨著技術不斷進步這種低氮燃燒器也不斷地進行著改進和優化。

2.3 空氣分級燃燒

老式燃燒方式是將煤粉和空氣一次性共同送入鍋爐燃燒，它的優點是煤粉能與空氣混合充分，燃燒強度大、溫度高，它的缺點也很明顯，附帶產生的NOx含量高。新型空氣分級燃燒技術是通過控制送入燃燒所需空氣量，逐級與煤粉混合，以控制煤粉顆粒在燃燒初期處于低氧燃燒的狀態，減少NOx生成的化學條件，達到控制氮氧化物含量的目的。空氣分級燃燒技術有兩種：垂直分級、水平分級。

垂直分級模式——從主燃燒器中分離出一部分燃燒空氣，將其從燃燒器上部送入爐膛，這部分燃燒空氣即燃盡風（OFA）。根據燃盡風裝置安設位置的不同，又分為緊湊型OFA、分離型OFA。

水平分級模式——通過偏轉二次風的噴射角，讓其與一次風形成大小不同的切圓，利用這種方式形成一定程度的空氣分級，延長了二次風與一次風混合的時間。

2.4 燃料分級燃燒

燃料分級燃燒是將燃料分區投入燃燒，整個燃燒被分成三個區域：主燃燒區、再燃燒區和燃盡區。主燃燒區是將主燃料投入欠氧或弱還原性環境下燃燒，這個過程產生較多NOx；再燃燒區是將二次燃料送入還原性環境下，把主燃燒區產生的NOx還原成N2，因此，再燃燒區也稱還原區。在還原區上方是燃盡區，該區域通過灌入少量空氣使再燃區投入的燃料得到完全燃燒。

2.5 煙氣再循環技術

利用燃燒后形成的煙氣本身含氧低、溫度低的特性，將其從省煤器出口處抽出部分，混入二次風或一次風中，噴入鍋爐適當位置，達到降低局部溫度以形成還原性環境，從而減少NOx的含量。

為取得較好的脫硝效果，企業在實際生產中，大多是將兩個或三個上述方法一同采用。

3 煙氣脫硝技術

煙氣脫硝是目前世界上發達國家普遍采用的降低氮氧化物排放的方法，煙氣脫硝能達到很高的NOx脫除效率。

3.1 選擇性催化還原技術

選擇性催化還原技術（Selective Catalytic Reduction，SCR）是在煙氣中加入氨，利用催化劑讓氨與NOx發生反應，從而減少NOx的含量。目前該法已成為電站脫硝的主流技術，國內大型火電機組大多采用SCR工藝。SCR技術中，根據反應器布置的方式不同分為：高含塵工藝和低含塵工藝。

高含塵SCR工藝是在鍋爐省煤器后和空氣預熱器之前設置脫硝反應器。優點是：投資較低。缺點是：有時舊廠改造由于場地限制不能使用、催化劑容易堵塞以及加劇了空氣預熱器的堵塞和腐蝕（由副反應引發）。

低含塵SCR工藝是在靜電除塵器和脫硫裝置之后設置脫硝反應塔。該工藝在低粉塵、低酸的環境中運行，催化劑能延長使用壽命，同時加裝燃燒器或者蒸汽加熱器，才滿足催化劑運行溫度，故而該工藝成本較高。

3.2 選擇性非催化還原技術

選擇性非催化還原技術（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）是向爐膛內注入NH3或尿素等還原劑，與NOx反應，從而減少NOx的含量。

SNCR技術早在20世紀50年代已在日本展開了大規模應用，是一種比較成熟的技術，具有建設周期短、投資少、脫硝效率中等的特點，中小型電廠的改造較適合。

3.3 混合SNCR-SCR脫硝技術

混合SNCR-SCR脫硝技術既結合了SCR的效率高效，又具有SNCR投資少的特點，是一種新型工藝。它具有兩個反應區：第一個反應區——爐膛，在高溫條件下，利用設置在鍋爐爐墻上的噴射系統，將還原劑噴入其中，還原劑與NOx發生非催化還原反應，達到初步脫氮；第二個反應區——反應器，將之前未反應完的還原劑進入其中，利用混合工藝進一步脫氮。

4 結論

在我國經濟發展到當前水平，人民呼喚一個更友好的環境。控制污染源的排放，保護環境是每個企業必須承擔的責任。根據企業自身特點，在火電企業選用合適的低氮燃燒技術、煙氣脫硝技術，對火電企業進行整體的脫硝改造，可將煙氣脫硝效率控制在65%以上，符合我們當前環保生產的需求，有利于企業長期的經營發展。

參考文獻：

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