電廠煙氣脫硝技術

沈　峰

（上海市環境保護事業發展有限公司上海200003）

電廠煙氣脫硝技術

沈峰

（上海市環境保護事業發展有限公司上海200003）

氮氧化物（NOx）對人體有毒害作用，會參與光化學煙霧的形成，并會形成酸雨，造成環境污染。大氣中的氮氧化物主要來自于雷電等自然過程，小部分來自于人類活動的排放。而在人類活動造成的氮氧化物排放中，燃煤火電廠是最主要的來源。因此，針對火電廠燃燒煙氣的脫硝技術也應運而生。本文簡要介紹了國內外有關火電廠煙氣脫硝的相關技術。

氮氧化物；NOx；煙氣脫硝

1　什么是NOx

NOx是一大類氮的氧化物的統稱。氮的氧化物包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。目前大氣中最主要的氮氧化物污染物是NO和NO2。NOx的危害包括誘發疾病以及造成二次污染。NOx造成的二次污染包括參與形成光化學煙霧，溶于水中還會形成酸雨，會對生態環境造成影響，NOx還是形成區域細粒子污染和灰霾的重要因素。由于近年來我國NOx排放量的快速提高，酸雨污染也正由以前的硫酸型酸雨開始向硫酸和硝酸復合型酸雨進行轉變，目前我國的酸雨中硝酸根的比例已達到差不多1/3，這一變化抵消了一部分我國在SO2減排方面取得的成績，使我國酸雨治理的效果打了折扣。

2　NOx的來源

NOx的主要來源有燃煤電廠燃燒廢氣、工業企業生產廢氣以及機動車尾氣。目前，我國NOx的排放量中超過2/3來自煤炭燃燒，而在被消耗的煤炭中，超過一半被用于火力發電，使得燃煤電廠的NOx排放量占NOx排放總量的1/3以上。就目前來看，火力發電在未來十幾年甚至更長的一段時間內依然會是我國電力供應的主力。隨著我國用電需求的不斷增加，火電裝機容量勢必會有進一步的增長，火電廠的NOx排放量勢必也將進一步增加。

3　目前常見的火電廠NOx控制技術

目前火電廠常見的NOx控制技術主要有兩種：一種是通過對燃燒過程進行控制，達到減少NOx生成量的目的，稱為低氮燃燒技術，屬于一種源頭治理措施；另一種則是對生成后的NOx進行凈化處理，達到減少NOx排放量的目的，即煙氣脫硝技術，屬于末端治理措施。目前的煙氣脫硝技術主要包括SCR、SNCR和SNCR-SCR。

3.1低氮燃燒技術

低氮燃燒技術是根據燃料在燃燒過程中NOx的生成機理，通過改變燃燒設備的燃燒條件來降低NOx生成和排放的技術。目前低氮燃燒技術常用的有兩種，一種是排煙再循環，該種方法是通過將部分溫度比較低的煙氣返回燃燒區，由于煙氣的含氧量和溫度都較低，因此可降低燃燒區的含氧量以及溫度，從而達到抑制NOx生成的目的；另一種方法是二段燃燒，該種方法是將整個燃燒過程分成不同階段來完成，第一階段只將燃燒所需的空氣量的70%多通入爐膛內，使爐膛內形成缺氧富燃料環境，使燃料無法充分燃燒，抑制NOx的生成，第二階段則通入足量的空氣，使剩余燃料充分燃燒，此時由于燃燒區溫度低，生成的NOx也較少。目前，應用最多的是二段燃燒技術。

低氮燃燒技術很適合用來對老火電機組進行技術改造，改造過程只需對鍋爐爐膛進行改造即可。低氮燃燒技術既可單獨應用，也可與其他脫硝技術結合使用，其脫硝效率一般在10%～50%左右；低氮燃燒技術目前的工藝已經很成熟，且由于其應用簡單，技術也并不復雜，因此投資與運行費用較低。

3.2煙氣脫硝技術

3.2.1SCR

SCR即選擇性催化還原技術，是指在催化劑作用下利用NH3的還原性有選擇性地與煙氣中的NOx(主要是NO和NO2)發生化學反應，將NOx還原為氮氣，從而減少煙氣中NO排放的脫硝技術。在SCR中使用的催化劑主要為V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2等。根據催化劑的適宜反應溫度，催化劑還可細分為高溫、中溫和低溫催化劑三種。

SCR的脫硝效率最高可達到90%左右，一般情況下不低于60%。SCR的優點在于技術發展成熟、運行的可靠性較高、且日常維護方便，在對脫硝效率有較高的要求時，相較其他技術具有更好的經濟性；SCR的缺點主要在于一次投資費用高，且由于催化劑價格昂貴、失效催化劑需再處置、還原劑的消耗量大等原因，致使該技術運行成本較高；除此之外，NH3的使用會帶來安全隱患，對日常的安全管理要求較高。

3.2.2SNCR

SNCR即選擇性非催化還原技術，其基本原理與SCR基本相同，也是利用NH3的還原性將NOx還原為氮氣，其與SCR的最大區別在于SNCR不使用催化劑。由于不使用催化劑，因此適宜的還原反應溫度區間范圍很窄，只有800℃～1200℃，當溫度低于800℃時，反應速度很慢，還原反應難以順利進行，而溫度過高時又會由于NH3發生熱分解導致脫硝效率下降。因此溫度對SNCR的效率影響較大，溫度控制是SNCR技術的應用難點。

SNCR脫硝效率與SCR相比只有SCR的約一半，最高可達到約40%，一般不低于20%，但是SNCR無催化劑反應器，占地面積較小，一次投資成本僅為SCR的一半左右。由于不使用催化劑，其運行費用也不到SCR的2/3，其經濟性較好。

SNCR可以單獨使用也可作為SCR和低氮燃燒技術的補充。根據SNCR技術的特點，其較適合用來對現有機組進行技術改造。

3.2.3SNCR-SCR

SCR和SNCR各自的優缺點都十分突出，于是出現了SNCR—SCR聯合技術。SNCR-SCR充分利用了SCR和SNCR的優點，盡可能地減小了兩種技術的缺點造成的影響。其工作原理是先將還原劑噴入爐膛，利用選擇性非催化還原技術先脫去部分NOx，而前一步中逃逸出的NH3利用選擇性催化還原技術，繼續作為還原劑與前一步未能脫除的NOx進行反應。通過兩種技術的串聯使用，可以有效除去煙氣中的NOx。

由于低氮燃燒技術發展成熟，因此在國際和國內均已開始得到大范圍的應用。通過以上3種技術的介紹可以看出，SCR的脫硝效率是最高的，且由于其技術成熟，因此成為了目前世界范圍內使用率最高的技術，尤其在歐洲和日本等國，90%以上火電廠煙氣脫硝采用了SCR。SNCR因為其自身的技術特點和成本優勢，也正在得到越來越多的應用。

4　其他煙氣脫硝技術

以上所提到的脫硝技術均屬于已經比較成熟的技術，但是技術的探索腳步不可能僅僅止步于此，于是很多研究人員又開始研發新的脫硝技術，這其中主要包括液體吸收法、微生物法、活性炭吸附法和電子束法等。

4.1液體吸收法

液體吸收法所使用的主要吸收劑包括水、酸堿溶液和氨溶液等，其主要是利用NOx在液體中的溶解性或者與吸收劑發生反應來達到去除的目的。NO極難溶于水，用此方法只能去除部分的NOx，從而導致最終的脫硝效率低下。為了解決脫硝效率低下的問題，又相繼發展出了絡合吸收法、氧化法和還原吸收法等。

絡合吸收法是讓NO與吸收劑，如Fe(II)EDTA等形成絡合物，從而將NO脫除。氧化法是使用如高錳酸鉀、雙氧水之類的強氧化劑將NO氧化為NO2，而NO2則易溶于水，可被堿性或酸性吸收液有效吸收。還原吸收法則是利用諸如尿素等還原劑將NOx還原成為N2。

液體吸收法由于受到吸收速率等因素的制約，其處理效率太低，無法勝任大煙氣量的處理需求，根本無法應用于火電廠這種煙氣量極大的企業。

4.2微生物法

微生物法主要利用反硝化細菌將煙氣中的NOx進行同化反硝化，使其轉化為細菌的一部分來達到脫硝的目的。微生物法的脫硝率最高可以達到80%。該種方法的優點在于工藝簡單、處理費用低以及無二次污染。目前微生物法仍然處于初始研究階段，對反硝化細菌的研究還不夠，且NO難溶于水的特性，直接影響到了微生物的轉化效率，以上種種，致使微生物法離投入實際應用還有很遠的距離。

4.3活性炭吸附法

活性炭吸附法可同時脫硫脫硝，可達到80%以上的脫硝效率。活性炭在使用一段時間后會失去活性，通過解析之后的活性炭可循環使用。這一過程中，活性炭既是優良的吸附劑，又是催化劑與催化劑載體。活性炭的吸附特性可以起到脫硫的作用，脫硝則是將活性炭作為催化劑，通過NH3的還原性將NOx還原為N2。此種方法的優點是可同時實現脫硫和脫硝，且脫除率均較高，吸附劑可循環利用，缺點在于吸附劑用量多，設備龐大，再生頻繁，易造成二次污染。

4.4電子束法

電子束法可同時脫硫脫硝，脫硝效率可達到85%。處理過程中，無二次污染產生。電子束法的主要原理是利用電子束照射后產生的自由基的強氧化性，使SOx和NOx生成為硫酸和硝酸。生成的硫酸和硝酸與一同通入反應器的氨發生中和反應，生成硫酸銨和硝酸銨顆粒，從而達到脫硫脫硝的目的。該種方法的優點是適應性好，可適應不同濃度、不同煙氣量的處理需求，其最終產生的硫酸銨和硝酸銨可進一步進行綜合利用，如生產化肥等。但是該種方法運行費用高，關鍵設備技術含量高，不易掌握。

5　結語

綜上所述，目前電廠煙氣脫硝使用最多的技術為低氮燃燒技術、SCR、SNCR、SCR-SNCR等，其中以SCR技術的應用最為廣泛，以上這些技術均已發展較為成熟，且經過實際工程檢驗，可取得不錯的脫硝效果。除這些常用技術外，還有一些較少使用的技術，如液體吸收法、微生物法、活性炭吸附法和電子束法等，這些方法或由于效果不理想或由于技術難度大等原因，距離實際應用仍有較長的路要走。但是一旦克服技術難關，如微生物法、電子束法等新技術將具有巨大的應用潛力。

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