火電廠SCR煙氣脫硝技術及脫硝效率影響因素分析

殷 慧

(南京郵電大學通達學院，江蘇 揚州 225127)

0 引言

我國是產煤大國，煤炭作為重要的能源資源，在投入使用的過程中，不可避免地會產生有害的尾氣，對環境造成嚴重的影響。火電廠作為煤炭使用的“主力軍”，燃煤產生的氮氧化物(NOX)是大氣的主要污染源，超量的排放不但會造成酸雨的形成，也會產生光化學煙霧，嚴重危害生態環境和人類健康。近年來，我國堅持走可持續發展路線，對環境質量提出了更高的要求，相繼出臺了一系列環保政策，明確規定了火電廠NOX的排放標準，這無疑對火電廠的煙氣脫硝技術提出了更大的挑戰，煙氣脫硝水平亟待提高。

1 SCR脫硝技術

目前我國針對火電廠燃煤產生的NOX減排問題，主要有兩種解決方案，第一種是在燃燒過程中加以控制，需要優化燃燒系統，降低產生的NOX含量，以達到排放標準；第二種是對燃燒后的尾氣加以處理，即進行煙氣尾氣脫硝。目前火電廠是將低氮燃燒技術和煙氣脫硝技術結合投入使用[1]。

在尾部煙氣脫硝技術中，主要有選擇性催化還原(SCR)技術、選擇性非催化還原(SNCR)技術以及SCR-SNCR混合脫硝技術。綜合考慮脫硝效率、工藝復雜度、工程造價和運維費用這幾方面的因素，選擇性催化還原(SCR)技術使用頻率較大，應用較為廣泛。它作為一種高效的煙氣脫硝技術，NOX的脫除效率可維持在80%～90%，且二次污染小，技術相對成熟。

2 SCR脫硝原理

火電廠SCR煙氣脫硝系統采用高灰高塵布置工藝，安裝在省煤器和空預器之間[2]。尿素熱解和水解產生的NH3通過噴氨格柵均勻噴入煙道中，與煙氣充分混合后進入SCR反應器，在蜂窩式催化劑的作用下進行選擇性催化還原反應，生成無毒害的N2和H2O，達到脫硝的目的，脫硝系統如圖1所示。

圖1 SCR脫硝系統

在反應過程中，須控制溫度在300℃～400℃，催化劑發揮最大活性，達到較高的脫硝效率。主要發生的化學反應如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+6NO→5N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO→7N2+12H2O

當反應溫度達到350℃以上時，會發生NH3氧化以及NH3分解等副反應，造成NH3的浪費，條件允許的話，應盡量控制溫度低于350℃。在此過程中，可能發生的化學反應為：

4NH3+O2→2N2+6H2O

2NH3→N2+3H2O

4NH3+5O2→4NO+6H2O

除此之外，燃燒后的煙氣在進入SCR脫硝系統時，由于未進行脫硫操作，相應的硫化物(SOX)也會參與到一系列的化學反應中來，主要有：

2SO2+O2→3SO3

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

3 脫硝效率影響因素分析

3.1 催化劑

脫硝反應溫度約達1 000℃，這給電廠提供反應條件帶來了較大的難度，使用催化劑可以極大地提高催化反應的效能，降低反應溫度。目前火電廠大多選擇活性較高的五氧化二釩(V2O5)為主要催化劑，二氧化銻(TiO2)作為載體。為了達到催化劑的反應溫度，火電廠選用了高灰、高塵布置工藝，SCR反應器安裝在省煤器和空預器之間，這樣從省煤器出來的溫度能達到催化劑的反應溫度(約350℃)，無需添加加熱裝置。但是鍋爐尾部出來的空氣帶有很多雜質、懸浮物以及金屬元素，不但會影響催化劑的活性，也給SCR反應器帶來了安全隱患[3]。另外，由于反應溫度較高會導致催化劑失活，因此要定期對催化劑進行活性檢測，對假性失活的情況應及時進行恢復[4]。相關科研人員也要加大對催化劑的開發研究，研制低溫催化劑[2]。

3.2 煙氣在線監測系統(CEMS)

CEMS是目前火電廠實時監測污染物濃度和排放總量的裝置，但在實際使用過程中出現的問題較多，已遠遠不能滿足企業減排監測的要求。CEMS在工作時需要選取合適的監測取樣點才能得到較為準確的數據[5]，這給電廠監管人員的工作帶來了一定的挑戰。由于NOX的測量需要經過較長的伴熱管線才能到達煙氣分析儀，造成了CEMS測量數據不夠及時；在長期使用過程中，CEMS也伴隨著儀器老化、反應遲鈍、測量數據失準等問題。CEMS在測量煙氣濃度時存在滯后，入口NOX濃度測量延時，NH3量得不到及時準確地供應，使得出口NOX濃度不能準確地控制在預設范圍內。因此，需要開發先進的軟測量技術，建立準確地模型預測入口NOX，配合CEMS以達到更好的監測效果。

3.3 氨氣優化控制系統

SCR系統具有較強的非線性、時滯性以及動態性[6]，傳統的PID單回路控制系統在投入使用的過程中優化噴氨效果不明顯，無法有效地改善系統強滯后性所帶來的噴氨失準造成資源浪費和二次污染的問題。研究新型控制方法，對SCR脫硝系統安全運行，提高脫硝效率并提高電廠經濟效益具有重要意義。一方面，側重于對被調量NOX進行預處理使其變化量被提前預知，有效應對系統工況的改變，降低噴氨環節的滯后[7]；另一方面，在串級PID控制方法上增加智能前饋環節，提高機組參與調峰、調頻的能力，克服延時環節影響，提高系統的控制品質[8]。此外，須加大對新型控制方法的科研投入，更新和優化控制系統達到更好的控制效果。

4 結語

我國的SCR煙氣脫硝技術雖然已經相對成熟，但對于嚴格的NOX排放標準，脫硝效率有待進一步提高。加大科研投入，攻克一系列難題，不僅對環境的保護有著極大的促進作用，也對電廠經濟效益的提高具有重大意義。