淺談煙氣脫銷技術的現狀和發展

閔楠 陳得生

引言：進入21世紀以來，我國的環境形勢日益嚴峻，就大氣而言，其主要的污染物就是煙塵、二氧化硫、氮氧化物，而環境污染的最大來源是燃煤排放物，火電廠成為重要的污染排放源。隨著人口規模和經濟規模的不斷增長，我國的工業化進程對資源的依賴程度越來越高，對生態環境的影響也越來越嚴重。所以煙氣脫銷技術勢在必行。

我國火力發電以燃煤發電為主。燃煤發電過程中產生的眾多氣態污染物中，氮氧化物危害很大且很難處理。煤燃燒產生的氮氧化物主要包括（NO）、二氧化氮（NO2）及少量其他氮的氧化物。新的標準自2014年7月1日起，現有的火力發電鍋爐和燃氣輪機機組執行氮氧化物限值由原來的450mg/m3改為100mg/m3。重點地區的火力發電鍋爐和燃氣輪機機組執行100mg/m3的氮氧化物限值；由此可見，我國在污染物排放的趨勢愈加嚴格。

目前，我國主要采用的脫銷方法有，低氮燃燒技術，主要適用于新鍋爐。選擇性催化還原技術（SCR）、選擇性非催化還原技術（SNCR）主要試用于已經進行低氮改造或者無法進行低氮改造的老舊鍋爐。SCR+SNCR主要針對單獨SNCR無法滿足國家要求的排放標準，場地有限，可以采用組合技術。以下就這幾種脫銷技術進行論述。

1、低NOX燃燒技術主要包括低氧燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環、低NOX燃燒器和低NOX爐膛設計，是一種較經濟的控制氮氧化物的方法。但減排效率較低，往往難以滿足環保要求，不過將這一減排措施納入鍋爐的整體設計是合理必要的。

空氣分級燃燒

空氣分級燃燒是美國在20世紀50年代發展起來的，是目前國內外燃煤電廠采用最廣泛、技術上也比較成熟的低NOX燃燒技術之一。

工作原理

空氣分級燃燒降低NOX是幾乎所有的燃燒方式均采用的技術，其思路是避開溫度過高和大的過剩空氣系數同時出現，從而降低NOX的生成。

其反應可表示為：

CO+NOCO2+1/2N2

空氣分級燃燒可以在燃燒器內實現，也可以在鍋爐內完成。它在我國應用較為廣泛，但是此技術會引起爐膛內結渣和腐蝕問題，因此在設計上必須考慮這一點，以減少該方面的影響。

2、選擇性非催化還原脫硝（Seletive Non-Catalytic Reduction，SNCR）

SNCR技術在20世紀70年代中期最先工業應用于日本的一些燃油，燃氣電廠的煙氣脫硝；80年代末，歐盟國家的燃煤電廠也開始應用。

工作原理

選擇性非催化還原脫硝技術是在沒有催化劑存在的條件下，利用還原劑將煙氣中的NOX還原為無害的氮氣和水的一種脫硝方法。

過程化學

SNCR是以爐膛為反應器，將含有氨基（NH3）的還原劑（工業中常用的是氨水或者尿素溶液）噴入爐膛，還原劑迅速與煙氣中的NOX發生反應，生成氮氣和水，而煙氣中的氧氣卻極少與還原劑反應，從而達到對NOX選擇性還原效果。該過程可用以下化學方程式表示：

4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O

2CO(NH2)2+4NO+O2 4N2+2CO2+4H2O

方程式中用NO表示NOX，其原因為煙氣中NOX的90%~95%是以NO的形式存在的。

SNCR脫氮工藝

爐膛壁面上安裝有還原劑噴嘴，還原劑通過噴嘴噴入煙氣中，并與煙氣混合，反應后的煙氣流出鍋爐。整個系統由還原劑貯槽、還原劑噴入裝置和控制儀表所構成。

主要裝置

典型SNCR系統工藝由還原劑制備貯存系統（儲罐、氨水輸送泵、稀釋水輸送泵、靜態混合器）、還原劑計量系統（緩存罐、計量泵）、還原劑分配噴射系統（噴射柜、噴槍）、電器控制系統組成。

特點

SNCR系統的特點：占地面積小，首次投資少，在廠區空間限制無法使用SCR時，考慮使用SNCR.。

3、選擇性催化還原脫硝（Seletive Non-Catalytic Reduction，SCR）

該技術是20世紀70年代由日本研究開發的，目前已經廣泛地應用于燃煤電廠、工業鍋爐、內燃機、化工廠及鋼鐵冶煉廠等的煙氣脫硝工程。

反應原理

工業燃煤燃氣SCR脫硝的還原劑是氨。液氨或者氨水由蒸發器蒸發后入系統中，在催化劑的作用下，氨氣將煙氣中的NO還原為氮氣和水。

SCR催化反應原理

過程化學

SCR化學反應方程式為：

4NH3+4NO+O2催化劑4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2催化劑3N2+6H2O

由于燃燒的煙氣中約95%的NOX是以NO的形態存在，因而上面第一個反應占主導地位。催化劑在反應中起到降低反應活化能和加快反應速率的作用。

系統組成

典型的SCR系統包括煙道系統、SCR反應器本體、催化劑、氨/空氣混合系統、氨噴射/混合系統、蒸汽吹灰系統、聲波吹灰系統、SCR灰斗及輸灰系統、壓縮空氣系統等共同組成。液氨由槽車運送到液氨貯罐，液氨貯罐輸出液氨在霧化后與空氣混合，通過噴氨格柵的噴嘴噴入煙道催化反應器。達到反應溫度且與氨氣充分混合的廢氣流經SCR反應器的催化層時，氨氣與NOX發生催化氧化還原反應，將NOX還原為無害的N2和H2O。

特點：

SCR系統具有以下特點：脫銷效率高、運行平穩可靠，維護費用少，操作方便，工藝成熟可靠、系統操作簡單、運行費用低。缺點是一次性投資較大，催化存在以后更換的問題；二氧化硫轉化問題，當二氧化硫氧化為三氧化硫后，產生的硫酸鹽、亞硫酸鹽會對后續的設備產生影響，附著在管壁上，影響設備出力效率。對于日趨嚴格的排放要求，在場地條件允許的條件下，SCR無疑是最好的選擇。

4、組合法（SNCR+SCR)

SNCR/SCR組合工藝是SNCR的還原劑直噴爐膛技術，同時SCR利用逸出氨進行催化反應兩者結合起來，從而進行兩級脫硝。

特點

把SNCR工藝的低費用特點同SCR工藝的高脫硝率及低的氨逸出率有效結合，既降低了首次投資成本，減少了催化劑的使用，占地面積小，又滿足了國家環保對氮氧化物的排放要求。

結語：由于大氣被NO2污染后，會連鎖反應形成化學煙霧，其毒性很強，對人和動植物的危害很大。而且還會使得機器設備和 金屬建筑物過早損壞，妨礙和破壞植物生長，降低大氣的可見度，阻礙熱力設備出力的提高，甚至使設備的效率降低。

因此，為了防止NO2及其引起的光化學煙霧的危害，必須抑制煤炭等燃料燃燒時的氮氧化物的生成量,，采取經濟有效的脫銷技術。

參考文獻

[1]火電廠SCR煙氣脫硝技術西北熱工研究院編著 中國電力出版社2013.1.1.

[2]段傳和 夏懷翔 選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝中國大唐集團科技有限公司 中國電力出版社.