燃煤電廠脫硝技術的分析比較

蔡松

【摘 要】國家對火力發電廠NOX排放的控制越來越嚴格，對脫硝技術的研究變得至關重要，文章介紹了幾種脫硝技術的特點。

【關鍵詞】火力發電廠；脫硝

0 引言

2014年9月，國家發展和改革委員會、環境保護部、國家能源局聯合印發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》的通知（發改能源[2014]2093號）（簡稱“行動計劃”），要求“東部地區（遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市）新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值”（即在基準氧含量6%條件下，氮氧化物排放濃度分別不高于50毫克/立方米）。為積極響應國家環保政策，現階段，新建火電機組已按此排放標準執行。脫硝技術路線的選取尤為關鍵。本文主要對幾種脫硝技術進行論述。

燃煤鍋爐在燃燒過程中會生成氮的氧化物，包括NO、NO2、N2O等，習慣上把這些氮氧化物統稱為NOx。其中燃煤鍋爐生成的氮氧化物約90%～95%以上是NO，NO在過氧量的條件下又氧化為NO2。

1 低氮燃燒器技術

現階段，燃用煙煤的鍋爐其燃燒器主要有兩種：第一種，是旋流燃燒器，該燃燒器采取前后墻對沖燃燒的方式；第二種，是直流燃燒器，采用四角切圓大火炬的燃燒方式。這兩種燃燒器都有低NOx燃燒的措施。

對沖布置燃燒器采用的低NOx燃燒措施是：NO火焰內還原技術，通過控制燃燒的進程，在燃燒初期產生還原性媒介與燃料生成的NO反應化合，在火焰內完成了NO的還原，在不降低火焰溫度的同時使得NO的排放減少，解決了NO排放的減少與未燃燼碳損失增加之間的矛盾[1]。

四角切圓燃燒器采用的低NOx燃燒措施是：利用燃燒器噴嘴體內部的百葉窗和噴口處的鈍體分離作用將煤粉氣流分成濃淡兩股，分別進入爐膛，濃相煤粉濃度高所需著火熱少，利于著火和穩燃；淡相補充后期所需的空氣，利于煤粉的燃盡，同時濃淡燃燒均偏離了化學當量燃燒，大大降低了NOx的生成。

2 SNCR技術

SNCR直接在鍋爐內煙溫合適的區域噴入還原劑，使NOx直接與還原劑反應，還原劑可以選擇氨氣或者尿素。

SNCR反應的最佳溫度為900～1100℃，在低于900℃時，反應不完全，反映為脫硝效率低，NH3逃逸率高；當高于1100℃時，氨氣會被氧化為NO。選擇合適的溫度區段以及控制停留時間，對SNCR脫硝效率影響較大，一般還原劑注入位置為爐膛煙窗后，為提高效率可以高溫過熱器后（～800℃）設置第二個還原劑注入位置，雖然NH3利用率開始降低，但是還是可以一定程度提高脫硝效率。一般SNCR的效率理論上最高可到達60%，但實際應用是受各種條件限制，一般效率只有30%～50%左右。

3 SCR技術

SCR法采用催化劑，選擇性的對NOx進行催化還原，還原劑一般采用氨氣。SCR的最佳反應溫度為350～400℃左右，在催化劑催化下，還原劑與NOx發生以下反應[2]。

SCR具有效率高的優點，缺點是投資高、煙氣阻力大、并且催化煙氣中的SO2轉化為SO3，與氨氣生成硫酸氫銨（NH4HSO4）副產品，容易引起空預器堵灰。此外SCR的催化劑有一定的化學壽命和機械壽命，當催化劑失效更換時，還要對催化劑進行回收處理。

此外，SCR的理論脫硝效率雖然可以達到或者超過90%，但是隨著NH3/NO的摩爾比例增加（NH3/NO的摩爾比例與脫硝效率成正比），氨逃逸率會變得難以控制而快速增長，并且需要的催化劑數量也會增加。因此，建議SCR的脫硝效率設計值不大于85%～90%。

由于SCR運行對煙溫有下限要求，一般推薦最低煙溫限制值為300～320℃，一般在50%B-MCR負荷附近，SCR入口煙溫就不能滿足運行要求，從而限制了SCR的可用率，但是通過一些措施，在低負荷下提高SCR入口煙溫，可以做到寬負荷區域脫硝。比如：省煤器煙氣旁路、省煤器給水旁路、省煤器上下分級、設置“0”號高加等。

3.1 省煤器煙氣旁路

在省煤器入口引出一路旁路煙氣，用高溫的旁路煙氣加熱省煤器后煙氣，達到提高SCR入口煙氣的目的。

該方案通過高溫煙氣加熱低溫煙氣，在低負荷煙溫偏低的時候，讓一部分高溫煙氣繞過省煤器以提高SCR入口煙溫，在較低負荷下滿足脫硝運行的煙溫條件。

3.2 省煤器給水旁路

在省煤器給水入口引出一路給水旁路，讓一部分給水繞過省煤器直接進入水冷壁，通過分流給水流量的方式減少省煤器吸熱，間接提高排煙溫度。

該方案通過分流一部分給水，減少進入省煤器的給水流量，降低給水側的傳熱系數以及煙氣對給水的換熱平均溫差，以此減少省煤器對煙氣的吸熱量，提高SCR入口煙溫。

3.3 省煤器上下分級

把省煤器分為上下兩級，上級省煤器布置在SCR入口上游，下級省煤器布置在SCR出口下游，相當于SCR入口煙溫從省煤器中間抽取，提高了各個負荷下SCR的入口煙溫。

該方案是通過調整受熱面（省煤器）的位置，其實質是改變SCR入口布置位置，實現各種負荷下煙溫的提高，使滿足SCR脫硝的負荷區域更寬。無論額定負荷下還是低負荷，SCR入口煙溫都得到提高。

4 小節

在國家對火力發電廠氮氧化物排放指標日益嚴格的前提下，對脫硝技術的研究變得越來越重要，目前火力發電廠主要的脫硝技術分為低氮燃燒器技術、SNCR技術、SCR技術，其中在低負荷時，為保證SCR技術的順利實施，可采用省煤器煙氣旁路、省煤器給水旁路、省煤器分級等技術。

【參考文獻】

[1]顧衛榮，周明吉，馬薇.燃煤煙氣脫硝技術的研究進展[J].化工進展，2012（9）.

[2]唐志軍.電廠煙氣脫硫脫硝技術的研究發展論述[J].資源節約與環保，2015（11）.

[責任編輯：田吉捷]