火力發(fā)電廠脫硝技術(shù)及應(yīng)用

李博

【摘 要】氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一，其中的NO 和NO2 是重要的大氣污染物，NOx 大多數(shù)來自于煤炭的直接燃燒。本文介紹了火電廠脫硝技術(shù)，闡述了控制NOx 排放的技術(shù)，分析了脫硝技術(shù)對(duì)鍋爐運(yùn)行的運(yùn)行影響，提出了管理措施，并展望了未來的脫硝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】脫硝；火力發(fā)電廠；NOx；技術(shù)

隨著我國火力發(fā)電廠的快速發(fā)展，氮氧化物的排放量上升，加重了其對(duì)環(huán)境的污染。氮氧化物是大氣中主要污染物之一，其中NO和NO2是空氣污染物的主要因素，這些物質(zhì)使人較難抵抗呼吸系統(tǒng)疾病，會(huì)造成人體的肺部發(fā)育受損，同時(shí)也是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的一個(gè)重要原因。由于火力發(fā)電廠用煤炭燃燒的方式來進(jìn)行發(fā)電，就會(huì)有燃煤煙氣中的氮氧化物污染環(huán)境。脫硝方法可以有效控制污染物的生成，此種方法從技術(shù)上講分為燃燒前、燃燒中、燃燒后三種，主要原理是在煙氣中噴入氨，氨與NO發(fā)生反應(yīng)，減少煙氣中NO的含量，從而達(dá)到脫硝的目的。主要原則就是降低氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒；降低燃燒溫度，防止產(chǎn)生局部高溫區(qū)；縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間等。因此，采用煙氣脫硝技術(shù)對(duì)氮氧化物污染物進(jìn)行治理是我們必須研究的課題。

1 煙氣脫硝技術(shù)

1.1 爐膛噴射法

向爐膛噴射還原性物質(zhì)，可在一定溫度條件下達(dá)到降低 NOx 的排放量的目的。在無催化劑存在條件下向爐內(nèi)噴入還原劑氨或尿素，將NOx 還原為N2和H2O，溫度要控制在在980℃左右，如果溫度過高時(shí)或生成NO，如果溫度過低時(shí)，反應(yīng)速度又會(huì)減慢。由于溫度隨鍋爐負(fù)荷變化回出現(xiàn)鍋爐中NOx 濃度的不規(guī)則性，該工藝在同等脫硝率的情況下，NH3耗量要高于SCR 工藝，從而使 NH3的逃逸量增加。

1.2 煙氣處理法

在眾多煙氣處理技術(shù)中，液體吸收法的凈化效果差；吸附法雖然脫硝效率高，但是對(duì)于設(shè)備過高；液膜法和微生物法還有待于驗(yàn)證；脈沖電暈法可以同時(shí)脫硫脫硝，但很多難題有待于解決，并且有待實(shí)際工程應(yīng)用檢驗(yàn)；SNCR 法氨法會(huì)影響鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

1.3 固體吸附法

吸附法適用于小規(guī)模排放源可行，具有耗資少，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于再生的特點(diǎn)。而且脫除率較高，但是由于消耗大量的氧化劑和吸收劑，吸收產(chǎn)物常常會(huì)造成二次污染。

1.4 聯(lián)合脫硝法

SCR脫硝法效率高，但是投資大，運(yùn)行費(fèi)用高， SNCR/SCR聯(lián)合脫硝法先采用投資少的SNCR法脫去煙氣中大部份NOx，再采用脫硝效率高的SCR法去除余下的NOx。聯(lián)合脫硝技術(shù)可以降低催化劑反應(yīng)器尺寸，減少了SCR系統(tǒng)投資。

1.5 SCR 法技術(shù)

脫硝效率最為成熟的技術(shù)是SCR 技術(shù)，煙氣脫硝技術(shù)在催化劑作用下，使NO 直接分解為N2和O2。主要的催化劑類型不復(fù)雜，容易掌握，而且不需耗費(fèi)氨，無二次污染，而且催化活性易被抑制，操作效率較高，操作技術(shù)已工業(yè)化。

1.5.1 反應(yīng)器布置方式

按照布置方法可分為“高飛灰” 或“低飛灰” 脫硝，高塵布置煙氣溫度高，滿足了催化劑反應(yīng)要求。低塵布置時(shí)，煙氣中的飛灰含量大幅降低，運(yùn)行費(fèi)用增加。

1.5.2 SCR 布置方式

在 SCR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中煙氣溫度是選擇催化劑的重要運(yùn)行參數(shù)，它直接影響反應(yīng)的進(jìn)程，所以需要設(shè)計(jì)合理的流速以保證 NH3 與 NOx 充分混合，氧濃度一般控制在 3%～4%。

1.5.3 催化劑和還原劑的選擇

SCR 系統(tǒng)中應(yīng)用較多的有蜂窩式、波紋狀和平板式等。這些催化劑的加工工藝簡(jiǎn)單，效果好。還原劑中目前應(yīng)用較多的是尿素、氨水和純氨。尿素法是先將顆粒完全溶解，然后將溶液泵送到水解槽中，將溶液加熱至反應(yīng)溫度后與水反應(yīng)生成氨氣；氨水法是通過加熱裝置使其蒸發(fā)，形成氨氣和水蒸汽；純氨法是將加熱成氨氣，然后空氣混合成氨氣體積含量為10%的混合氣體后送入煙氣系統(tǒng)。

2 脫硝改造技術(shù)對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響及運(yùn)行優(yōu)化

2.1 對(duì)鍋爐的影響

2.1.1 燃燒器改造帶來的影響

低氮燃燒器改造后，造成爐膛出口煙溫升高和煤粉缺氧燃燒，爐內(nèi)煤粉燃燒過程拉長，導(dǎo)致爐膛上部過熱器結(jié)焦、積灰現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.1.2 加裝SCR對(duì)鍋爐運(yùn)行帶來的影響

SCR脫硝裝置需要安裝反應(yīng)器，這樣就會(huì)使鍋爐的散熱損失和鍋爐煙氣側(cè)阻力增加，增加了引風(fēng)機(jī)的功率和電耗，導(dǎo)致運(yùn)行成本加大。同時(shí)為保證煙囪出口NOx不超標(biāo)，運(yùn)行人員采取開大燃盡風(fēng)等措施來減少爐膛氧量，以使SCR進(jìn)口NOx不超規(guī)定值，這樣的調(diào)節(jié)會(huì)造成爐內(nèi)結(jié)焦的加劇，影響到鍋爐的安全運(yùn)行。

2.1.3 NH3逃逸對(duì)下游設(shè)備的影響

脫硝的反應(yīng)后會(huì)有少量的NH3逃逸出反應(yīng)器；催化劑的氧化將煙氣中的部分SO2氧化為SO3。二者發(fā)生反應(yīng)后生成NH3化合物NH4HSO4與（NH4）2SO4，在空氣預(yù)熱器換熱管上冷凝析出晶體物質(zhì)，加大了空預(yù)器的換熱阻力和堵塞、腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 運(yùn)行管理及優(yōu)化建議

（1）將爐氧量控制在3～4%之間，以控制爐膛出口NOx排放量不超400mg/Nm。上層燃盡風(fēng)應(yīng)全開，下層燃盡風(fēng)視情況開30-40%。一次風(fēng)速根據(jù)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速來定，二次風(fēng)要加強(qiáng)燃燒等作用，在實(shí)際運(yùn)行中，二次風(fēng)總門的開度在45～50%之間。（2）防止結(jié)焦、和積灰加劇的措施。在煤種摻燒和煤中添加除焦劑，在保證NOx不超標(biāo)的情況下，適當(dāng)?shù)脑龃鬆t膛出口氧量，以減少系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。（3）氨逃逸的解決。及時(shí)測(cè)量運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器出口的NOx分布，調(diào)整閥門進(jìn)行，以保證NOx和NH3的出量均勻，SCR進(jìn)口煙氣溫度在340～450℃之間。

在以上脫硝技術(shù)方法中，各種低氮燃燒技術(shù)均涉及爐膛燃燒的安全問題或效率問題，例如：此項(xiàng)技術(shù)脫硝效率低，凈化效果差，設(shè)備過于龐大，再生頻繁，微生物法新型的技術(shù)問題需要解決。所以探索微生物法處理污染物是一個(gè)自然的過程，該技術(shù)能夠有效地降低氮氧化物的排放濃度，也可以進(jìn)行低氮燃燒改造，同時(shí)也兼顧了效率和造價(jià)均中等的技術(shù)工藝。

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