SCR煙氣脫硝技術(shù)及其在燃煤電廠的應(yīng)用

賈海娟

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院，陜西西安 710075)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)NOx排放量不斷增加，酸雨污染已由硫酸型向硫酸、硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)變，區(qū)域性大氣污染問(wèn)題日趨明顯。鑒于NOx對(duì)大氣環(huán)境的不利影響以及目前火電廠NOx排放控制的嚴(yán)峻形勢(shì)，國(guó)家制訂了一系列法律法規(guī)、技術(shù)政策。隨著新標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施，對(duì)火電廠NOx的排放提出了更高的要求?！痘痣姀S大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)中規(guī)定了更嚴(yán)格的排放:從2012-01-01起，除采用W型火焰爐膛鍋爐，現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐，以及2003-12-31前建成投產(chǎn)或通過(guò)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書審批的火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行NOx排放濃度為 200mg/m3以外，其他均為 100mg/m3［1－3］。由此可見(jiàn)，隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，脫硝技術(shù)將成為電力環(huán)保企業(yè)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。

SCR與其他技術(shù)相比［4］，技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，脫硝效率可以達(dá)到90%以上，NOx排放濃度可降至100mg/m3左右。SCR技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最多、最為成熟的一種煙氣脫硝技術(shù)［5－8］。

1 SCR法技術(shù)原理

1.1 SCR反應(yīng)機(jī)理

SCR的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜，主要是NH3在一定的溫度和催化劑(V2O5、TiO2)的作用下，有選擇地把煙氣中的NOx還原為N2，同時(shí)生成水［9］:

在沒(méi)有催化劑的情況下，這些反應(yīng)只能在很窄的溫度范圍內(nèi)(980℃左右)進(jìn)行，通過(guò)選擇合適的催化劑，可以降低反應(yīng)溫度，并且可以擴(kuò)展到適合電廠實(shí)際工況的290℃ ～430℃范圍。由于氨具有揮發(fā)性，很有可能逃逸，并與SO3反應(yīng)生成NH4HSO4和(NH4)2SO4，對(duì)空氣預(yù)熱器造成粘污［10－12］。

1.2 典型工藝流程

煙氣從省煤器出來(lái)后通過(guò)SCR入口煙道進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在SCR入口煙道上設(shè)有氨氣噴射裝置，將還原劑均勻的噴射到SCR中，使噴入的還原劑與煙氣中的NOx充分混合，煙氣通過(guò)導(dǎo)流板均勻分布后流過(guò)催化劑床層，在催化劑作用下NH3與NOx反應(yīng)生成無(wú)二次污染的N2和H2O，隨煙氣流經(jīng)鍋爐空預(yù)器、除塵、脫硫裝置后進(jìn)入煙囪排放。

1.3 還原劑的選擇

還原劑是SCR技術(shù)必需的，目前的還原劑來(lái)源主要包括:液氨、尿素和氨水。根據(jù)這三種物質(zhì)的理化性質(zhì)、在運(yùn)輸、儲(chǔ)存中環(huán)境和安全性等因素考慮，對(duì)煙氣脫硝三種還原劑進(jìn)行選擇［1］。

還原劑的選擇應(yīng)綜合考慮設(shè)備投資、占用場(chǎng)地、運(yùn)行成本、安全管理及風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)用等。液氨、氨水、尿素三種還原劑的綜合成本比較見(jiàn)表1。

表1 還原劑選擇的綜合成本比較

2 以M電廠脫硝改造為實(shí)例

2.1 工程背景介紹

2011-04-25，陜西省環(huán)境保護(hù)廳印發(fā)了《關(guān)于全省火電機(jī)組脫硝工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》(陜西函［2011］331號(hào))文件，文件要求現(xiàn)役機(jī)組未采用低氮燃燒技術(shù)或低氮燃燒效率差的全部進(jìn)行低氮燃燒改造，全省單機(jī)容量20萬(wàn)kW及以上的現(xiàn)役機(jī)組實(shí)行低氮燃燒技術(shù)并加裝煙氣脫硝裝置，綜合脫硝效率應(yīng)達(dá)到70%以上。M電廠一期2×300MW機(jī)組于2008年4月投產(chǎn)運(yùn)行，為“十一五”期間建成的燃煤電廠，必須進(jìn)行脫硝改造。

2.2 排放現(xiàn)狀

M電廠一期2×300MW機(jī)組竣工驗(yàn)收?qǐng)?bào)告顯示，現(xiàn)有2×300MW機(jī)組NOx排放情況見(jiàn)表2。由表2中數(shù)據(jù)可知，M電廠現(xiàn)有機(jī)組的NOx排放濃度超過(guò)了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)限值。

表2 M電廠一期2×300MW機(jī)組NOx排放情況

2.3 脫硝方案及NOx排放情況

M電廠脫硝方案為低氮燃燒器+SCR脫硝。M電廠采用低氮燃燒器改造后，可以控制鍋爐省煤器出口處NOx排放濃度≤250mg/m3。SCR煙氣脫硝裝置，按“2+1”方案布置，即先布置二層催化劑，并預(yù)留一層催化劑的空間。設(shè)計(jì)脫硝效率≥70%，脫硝后NOx排放濃度≤75mg/m3，滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)電力行業(yè)高效率、大容量機(jī)組增速較快，單位發(fā)電量的煤耗有所降低，且這些機(jī)組大多采用了較為先進(jìn)的低氮燃燒技術(shù)，使單位發(fā)電量的NOx排放水平呈下降趨勢(shì)。另外，國(guó)家倡導(dǎo)合理使用燃料與污染控制技術(shù)相結(jié)合、燃燒控制技術(shù)和煙氣脫硝控制技術(shù)相結(jié)合的綜合防治措施，因地制宜、因煤制宜、因爐制宜的選擇氮氧化物控制技術(shù)。目前，在役機(jī)組的低氮燃燒技術(shù)改造和一部分新建電廠普遍采用的SCR煙氣脫硝裝置的建成并投入運(yùn)行，對(duì)降低NOx排放水平起到一定作用。

［1］環(huán)境保護(hù)部.火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/cd3273dbd15abe23482f4db0.html，2010-01-27.

［2］GB 13223－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］柏 源，李忠華，薛建明，等.尿素為還原劑燃煤煙氣脫硝技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(1):19 －22.

［4］趙毅，朱洪濤，安曉玲，等.燃煤電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)的研究［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2009，25(1):7 －10.

［5］馬東祝，張玲，李樹山，等.燃煤電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展［J］.煤炭技術(shù)，2011，30(3):5 －8.

［6］于洪，劉慷.選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)在玉環(huán)發(fā)電廠4×1000MW 機(jī)組上的應(yīng)用［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2009，25(3):1 －3.

［7］楊 冬.SCR煙氣脫硝技術(shù)及其在燃煤電廠的應(yīng)用［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2007，23(1):49 －51.

［8］黃 波，李 慶，李前宇，等.SCR煙氣脫硝技術(shù)在國(guó)華三河發(fā)電廠的應(yīng)用［J］.華北電力技術(shù)，2009，(2):39 －42.

［9］陳進(jìn)生.火電廠煙氣脫硝技術(shù):選擇性催化還原法［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［10］HJ－BAT－001，燃煤電廠污染防治最佳可行技術(shù)指南(試行)［S］.

［11］張強(qiáng).燃煤電站SCR煙氣脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［12］Nischt W，Wooldridge B，Bigalbal J.Recent SCR retrofit experience on coal － fired boilers［C］.New Orleans:Power － Gen International，1999.