煙氣脫硝工藝的選擇

宋宗文

摘 要：近年來我國空氣污染日趨嚴重，極端惡劣氣候頻繁出現。我國的能源特點造成火電廠主要以燃煤為主，其煙氣脫硝越來越受到重視。目前，世界各國開發的煙氣脫硝工藝種類繁多，各種脫硝工藝優缺點不同，不同火電廠又存在其自身特點，因此脫硝工藝的選擇具有很強的現實意義。

關鍵詞：煙氣脫硝；工藝選擇

1 前言

NOx水溶性和活性都較差，因此其治理難度大，技術要求高，煙氣脫硝技術種類較多，大致包括四大類。第一，按脫硝機理不同分為：傳統NOx治理技術和等離子體過程NOx治理技術。第二，按脫硝作用原理不同分為：催化還原、吸收和吸附三大類。第三，按脫硝工作介質不同分為：干法和濕法兩大類。第四，按NOx產生前后分為：燃料脫硝（燃燒前脫硝）、燃料中脫硝和煙氣脫硝（燃燒后脫硝）。

2 煙氣脫硝工藝的選擇

目前控制NOx排放的措施大致分為三類，第一類是低NOx燃燒技術，通過各種技術手段，抑制或還原燃燒過程中生成的NOx，來降低NOx排放；第二類是爐膛噴射脫硝技術；第三類是煙氣凈化技術，煙氣凈化技術包括濕法脫氮技術和干法脫氮技術。

2.1 選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝

催化劑種類決定了采用選擇性催化還原法脫硝的反應溫度，因此，決定了催化劑室在尾部煙道中的布置位置，或者說催化劑室決定了催化劑的種類。該方法的NOx脫除率能達到90%以上，因此，在環境保護方面，具有相當好的應用前景。由催化劑反應器、催化劑、氨儲存及制備區和氨噴射稱為系統選擇性催化劑脫硝法的系統主要組成部分。催化劑反應器可以布置在鍋爐煙道中的三個位置：布置在鍋爐省煤器后、空氣預熱器前，此部位溫度約為350℃左右（簡稱前置式布置）。因此位置的環境溫度適合于大多數催化劑的工作溫度，所以被廣泛應用。但也因為此處煙氣灰分較多，容易造成催化劑宜中毒、燒結、催化劑內部煙道堵塞及反應器磨損等。

目前電廠采用得最多的布置方式是前置式布置。選擇性催化脫硝法（SCR）技術的特點如下：（1）煙氣脫硝效率高，可達90%以上。（2）反應溫度較SNCR低，可選擇的催化劑種類較多。（3）反應器一般布置在省煤器和空氣預熱器之間，也可布置在FGD后端。（4）煙氣中含有大量的SO2，催化劑可使部分SO2氧化，生成較難處理的SO3，并可能與泄漏的氨生成腐蝕性很強的硫酸銨（或者硫酸氫銨）鹽物質，因而容易腐蝕后續的空氣預熱器，因此要求較低的氨逃逸率和SO2/SO3轉化率。（5）氨逃逸較小，一般控制在3～5ppm，SO2/SO3轉化率一般不大于1%，可有效控制硫酸銨（或者硫酸氫銨）的生成。

2.2 選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝工藝

爐膛噴射脫硝的本質是在在一定的溫度條件下，在爐膛上部噴射某種物質，使其還原已經生成的NOx，從而降低NOx的排放量。它包括噴水、噴二次燃料和噴氨等，其中噴水和二次燃料的方法還存在未解決的問題，即如何將NO氧化為NO2和解決非選擇性反應，目前這兩種技術還不成熟。噴氨（或尿素）法是一種選擇性降低NOx排放量的方法（因噴入的氨只與煙氣中的NOx發生反應，而不與煙氣中的其他成分反應），當不采用催化劑時，NH3還原NOx的反應只能在950～1050℃這一狹窄的溫度范圍內進行。因此這種方法又稱為選擇性非催化脫硝法（SNCR）。氨的噴入點一般選擇在爐膛上部煙風道入口處。

NCR脫硝技術特點如下：（1）其脫硝效率一般被限制在20%～40%之間，如再進一步增加脫硝效率，氨逃逸率會大幅度加大，對下游設備造成影響，并可能造成二次污染。（2）不使用催化劑，氨氣和煙氣中的NOx在爐膛中直接反應。（3）SNCR反應溫度窗口比較窄，如鍋爐運行工況變動或煤種變化，都會造成煙氣溫度窗口的變動，因此對于選擇合適的反應溫度區域比較困難；為了滿足反應溫度的要求，噴氨控制的要求很高。噴氨控制成了SNCR的技術關鍵，也是限制SNCR脫硝效率和運行的穩定性，可靠性的最大障礙，噴氨量少則無法達到預期的脫除NOx的效果，但氨量過大，將在尾部受熱產生硫酸銨，從而堵塞并腐蝕空氣預熱器。（4）由于反應溫度窗的緣故，反應時間以及噴氨點的設置以及切換受鍋爐爐膛和/或受熱面布置的限制。實際運行中還原反應往往達不到最佳的溫度窗口，如果運行溫度高于反應溫度，引起NH3氧化成NOx，一方面降低了脫硝效率，另一方面增加還原劑的用量和成本；如果運行溫度低于反應溫度，會降低NOx的去除效率。（5）SCR在催化劑的作用下，部分SO2會轉化成SO3，而SNCR沒有這個問題，因此SNCR技術可允許較大的氨逃逸率，SNCR氨逃逸率一般控制在5～15ppm。

2.3 SNCR-SCR混合法脫硝工藝

SNCR-SCR混合法將SCR工藝的高效率和SNCR工藝的投資低的優點相結合，從而有效地避免了SCR工藝和SNCR工藝存在的不足。這種聯合工藝技術不是對兩個工藝的簡單組合。其前端是SNCR工藝，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統將氨和尿素溶液噴入爐膛，在高溫作用下與煙氣中NO、發生非催化還原反應，脫除一部分NOx，完成反應后，未反應完的氨進入后端SCR工藝，進行進一步脫硝。SNCR-SCR混合法將SCR工藝和SNCR工藝有效的結合起來，不但節約了成本，而且將脫硝效率提高到了95%以上。

3 三種脫硝工藝的比較分析

上面分別對選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）和SNCR-SCR混合法等三種煙氣脫硝工藝的原理及其特點進行了詳細的介紹，為了更加全面直觀的了解這三種脫硝工藝，下面對三種脫硝工藝進行深入的比較分析，見表1。

從表1可以看出SCR工藝跟SNCR工藝和SNCR-SCR混合工藝相比，反應溫度低、脫硝效率高、NH3/NOx摩爾比小、技術成熟度高、運行可靠性和穩定性好；SNCR工藝跟SCR工藝和SNCR-SCR混合工藝相比，催化劑用量基本為零、SO2轉化為SO3的轉化率基本為零、投資及運行費用成本低；SNCR-SCR混合工藝跟SCR工藝和SNCR工藝相比，還原劑以尿素為主更加安全，其他各指標基本都處于SCR工藝和SNCR工藝中間狀態。

由此可以看出，三種脫硝工藝各有優缺點，無法從定性角度直接判斷哪種工藝更優，因此需要定量評價，從而選出最佳方案。

參考文獻

[1]李曉蕓，蔡小峰.混合SNCR-SCR煙氣脫硝工藝及其應用[J].華電技術，2008，30（3）：22-25.

[2]李群.電廠煙氣脫硝技術分析[J].華電技術，2008，30（9）：74-76.