燃煤電廠脫硝技術應用綜述

趙陽 王一言 郭恒業

摘 要：本文根據燃煤電廠脫硝技術研究進展，介紹了低氮燃燒技術中空氣分級燃燒、煙氣再循環及低氮燃燒器技術工作原理與各自導致脫硝效率低的缺點，同時分析了煙氣脫硝技術中選擇性非催化還原或催化還原脫硝的原理，并對影響脫硝效率的因素進行必要闡述。

關鍵詞：燃煤電廠;脫硝技術;還原技術

中圖分類號：X773文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）32-0141-02

Summary of Application of Denitration Technology in Coal-fired Power Plants

ZHAO Yang WANG Yiyan GUO Hengye

（School of Mechanical Engineering，North China University of Water Resources and Electrical Power，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Based on the research progress of denitrification technology in coal-fired power plants， this paper introduced the working principles of air staged combustion， flue gas recirculation and low nitrogen burner technology in low nitrogen combustion technology and their respective shortcomings leading to low denitrification efficiency. At the same time， the principle of selective non-catalytic reduction or catalytic reduction denitrification in flue gas denitrification technology was analyzed， and the factors affecting denitrification efficiency were expounded.

Keywords： coal-fired power plant;denitration technology;reduction technology

隨著我國經濟快速發展，電力需求量持續上漲，燃煤電廠燃煤量明顯增加，這導致燃煤電廠NOx排放量逐年增多。據相關數據統計，近十年來燃煤電廠NOx排放量呈幾何倍數增長，2015年全國燃煤電廠NOx排放量已達到980萬t，預計到2020年，燃煤電廠NOx排放量可能達到1 500萬t。從我國對能源的需求來看，燃煤發電在未來一段時間內仍然占據電力生產主要位置，所以對燃煤電廠污染物排放進行控制是治理空氣污染的重中之重[1]。

1 燃煤電廠脫硝技術的研究進展

目前，控制氮氧化物排放的技術主要是降低燃燒過程中氮氧化物生產量和減少煙氣中氮氧化物排放量，前者主要通過低氮燃燒技術控制氮氧化物生成;后者通過煙氣脫硝技術控制氮氧化物排放。近年來，國內外學者對治理污染物排放進行了大量試驗和研究，使低氮燃燒技術和煙氣脫硝技術越來越成熟，脫硝效率得到了有效提升。一些學者采用雙尺度低NOx燃燒改造方案，采用橫、縱向空氣分級，使低NOx燃燒器和低NOx功能小區相互結合，改造前后爐膛出口NOx濃度從700mg/Nm3降至2 400mg/Nm3[2]。另外，個別研究人員采用SCR脫硝工藝作為機組脫硝技術方案，脫硝率可達80%，氨逃逸率小于3μL·L-1[3]。

2 低氮燃燒技術分析

2.1 空氣分級燃燒

通過將燃燒所需空氣量分為兩級送進爐膛。第一級燃燒區過量空氣系數為0.8，燃料先在富燃料條件下燃燒，燃燒溫度和速度都逐漸降低，從而抑制熱力型NOx的生成;在第二級燃燒區將剩余燃料輸入爐膛，使區域變為富氧燃燒區。該方法不適合所有類型鍋爐，而且可能造成爐膛結渣和腐蝕，降低鍋爐燃燒效率。

2.2 煙氣再循環技術

將鍋爐尾部低溫煙氣經過再循環風機回抽入助燃空氣中，經過燃燒器直接送入爐膛或者與一、二次風混合后送入爐膛，達到降低燃燒區氧濃度和溫度的效果，從而降低NOx生成量。煙氣再循環技術能夠改善混合燃料燃燒性能，進而防止爐膛結渣。但該技術可能導致不完全燃燒熱損失增大，不適應難燃燒類煤種。

2.3 低氮燃燒器技術

低氮燃燒器技術主要分為階段燃燒器、自身再循環燃燒器、濃淡型燃燒器、混合促進型燃燒器和低NOx預燃室燃燒器。該技術主要通過改變空氣與燃料混合比例，達到控制NOx生成量目的。低氮燃燒器結構比普通燃燒器更加復雜，降低燃燒效率較低。新型低氮燃燒器將煙氣再循環，并將燃料分級后和空氣混合在一起，顯著提高脫硝效果，脫硝效率達到50%～70%。

3 煙氣脫硝技術

3.1 選擇性非催化還原技術（SNCR）

選擇性非催化還原技術工作原理是在沒有催化劑情況下，在爐內噴入NH3或者尿素等還原劑與高溫煙氣中的NOx反應生成H2O和N2。反應方程式如式（1）所示。

[4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

當溫度過高時，會發生其他反應，如式（2）所示。

[4NH3+5NO+O2→4N2+6H2O]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

當溫度低于850℃時，反應將不完全，氨的逃逸率也比較高，而且反應后還會生成二次污染物;當溫度過高時，NH3被氧化生成NO，同樣會對空氣造成污染。因此，選擇性非催化還原技術問題在于氨利用率不高，導致脫硝效率偏低，所以需要對鍋爐內部進行改造，以降低氨逃逸率。

3.2 選擇性催化還原技術（SCR）

選擇性非催化還原技術的工作原理是通過噴氨格柵將NH3噴入煙道中，利用還原劑，在300～450℃溫度下，優先將NOx轉化為N2和H2O，反應原理如圖1所示，反應方程式如式（3）、式（4）所示。

[4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

[8NH3+6NO2→7N2+12H2O]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

與SNCR相比，SCR煙氣脫硝效率較高，脫硝率可達90%以上，技術含量高且技術成熟。但影響SCR脫硝效率的因素也有很多，如當煙氣量的增加時，會導致脫硝反應器內流入過量煙氣，NOx生成量增多而煙氣脫硝效率降低，無法達到規定脫硝效率;再如，煙氣溫度會影響催化反應的進程，催化反應會在一定溫度范圍內進行，且存在最佳煙氣溫度使催化效果最好的情況，如在使用V2O5/TiO2催化劑時，煙溫升高會使催化劑催化效果增強，煙溫達到400℃時，催化劑催化效果最強，能夠增強脫硝效率，若煙溫繼續升高，則會降低催化劑活性，導致脫硝效率變低。另外，若脫硝反應器為垂直布置，煙氣會隨脫硝系統從上而下流動，煙氣飛灰顆粒過大會造成煙氣孔道堵塞，影響脫硝系統正常運行;煙氣顆粒過大還可能會使催化劑磨損，影響脫硝效率，使氨逃逸率增大。

催化劑結構類型包括波紋式、蜂窩式及平板式。波紋式催化劑活性效果強于蜂窩式和平板式，這對于脫硝系統運行更具實用性，但波紋式催化劑結構體積比其他兩種更大，抗磨能力較弱，應對催化劑加以防護。

4 結論

通過本文研究，對燃煤電廠脫硝技術的應用情況進行了比較全面的分析，最終得出如下結論。

①低氮燃燒技術是降低NOx排放的主要技術，空氣分級燃燒可能造成爐膛結渣和腐蝕;煙氣再循環技術爐內燃燒不穩定，不適應難燃燒的煤種;新型低氮燃燒器利用煙氣再循環、燃料分級和空氣分級等技術，顯著提高脫硝效果，脫硝效率可達到50%～70%。前兩種脫氮效率較低，后者脫硝效率較高。

②煙氣脫硝技術屬于燃燒后降低NOx排放技術，SNCR技術問題在于氨利用率不高，且逃逸率較大，造成脫硝效率低下;SCR煙氣脫硝效率較高，能夠達到90%以上，但影響SCR脫硝效率的因素也比較多，如煙氣流量、煙氣溫度、煙氣飛灰顆粒以及催化劑結構類型等。

參考文獻：

[1]劉曉飛.燃煤電廠煙氣脫硝技術的應用[D].北京：華北電力大學，2017.

[2]鄔文彬.某電廠600MW機組煙氣脫硝技術改造方案研究[D].廣州：華南理工大學，2016.

[3]范劍明，武新崗.煤粉爐低氮燃燒及煙氣脫硝改造設計典型示范[J].環境科學導刊，2017（5）：59-61.