燃煤電廠脫硝技術(shù)的分析比較

蔡松

【摘 要】國(guó)家對(duì)火力發(fā)電廠NOX排放的控制越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)脫硝技術(shù)的研究變得至關(guān)重要，文章介紹了幾種脫硝技術(shù)的特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠；脫硝

0 引言

2014年9月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》的通知（發(fā)改能源[2014]2093號(hào)）（簡(jiǎn)稱“行動(dòng)計(jì)劃”），要求“東部地區(qū)（遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市）新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值”（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，氮氧化物排放濃度分別不高于50毫克/立方米）。為積極響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策，現(xiàn)階段，新建火電機(jī)組已按此排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。脫硝技術(shù)路線的選取尤為關(guān)鍵。本文主要對(duì)幾種脫硝技術(shù)進(jìn)行論述。

燃煤鍋爐在燃燒過(guò)程中會(huì)生成氮的氧化物，包括NO、NO2、N2O等，習(xí)慣上把這些氮氧化物統(tǒng)稱為NOx。其中燃煤鍋爐生成的氮氧化物約90%～95%以上是NO，NO在過(guò)氧量的條件下又氧化為NO2。

1 低氮燃燒器技術(shù)

現(xiàn)階段，燃用煙煤的鍋爐其燃燒器主要有兩種：第一種，是旋流燃燒器，該燃燒器采取前后墻對(duì)沖燃燒的方式；第二種，是直流燃燒器，采用四角切圓大火炬的燃燒方式。這兩種燃燒器都有低NOx燃燒的措施。

對(duì)沖布置燃燒器采用的低NOx燃燒措施是：NO火焰內(nèi)還原技術(shù)，通過(guò)控制燃燒的進(jìn)程，在燃燒初期產(chǎn)生還原性媒介與燃料生成的NO反應(yīng)化合，在火焰內(nèi)完成了NO的還原，在不降低火焰溫度的同時(shí)使得NO的排放減少，解決了NO排放的減少與未燃燼碳損失增加之間的矛盾[1]。

四角切圓燃燒器采用的低NOx燃燒措施是：利用燃燒器噴嘴體內(nèi)部的百葉窗和噴口處的鈍體分離作用將煤粉氣流分成濃淡兩股，分別進(jìn)入爐膛，濃相煤粉濃度高所需著火熱少，利于著火和穩(wěn)燃；淡相補(bǔ)充后期所需的空氣，利于煤粉的燃盡，同時(shí)濃淡燃燒均偏離了化學(xué)當(dāng)量燃燒，大大降低了NOx的生成。

2 SNCR技術(shù)

SNCR直接在鍋爐內(nèi)煙溫合適的區(qū)域噴入還原劑，使NOx直接與還原劑反應(yīng)，還原劑可以選擇氨氣或者尿素。

SNCR反應(yīng)的最佳溫度為900～1100℃，在低于900℃時(shí)，反應(yīng)不完全，反映為脫硝效率低，NH3逃逸率高；當(dāng)高于1100℃時(shí)，氨氣會(huì)被氧化為NO。選擇合適的溫度區(qū)段以及控制停留時(shí)間，對(duì)SNCR脫硝效率影響較大，一般還原劑注入位置為爐膛煙窗后，為提高效率可以高溫過(guò)熱器后（～800℃）設(shè)置第二個(gè)還原劑注入位置，雖然NH3利用率開(kāi)始降低，但是還是可以一定程度提高脫硝效率。一般SNCR的效率理論上最高可到達(dá)60%，但實(shí)際應(yīng)用是受各種條件限制，一般效率只有30%～50%左右。

3 SCR技術(shù)

SCR法采用催化劑，選擇性的對(duì)NOx進(jìn)行催化還原，還原劑一般采用氨氣。SCR的最佳反應(yīng)溫度為350～400℃左右，在催化劑催化下，還原劑與NOx發(fā)生以下反應(yīng)[2]。

SCR具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是投資高、煙氣阻力大、并且催化煙氣中的SO2轉(zhuǎn)化為SO3，與氨氣生成硫酸氫銨（NH4HSO4）副產(chǎn)品，容易引起空預(yù)器堵灰。此外SCR的催化劑有一定的化學(xué)壽命和機(jī)械壽命，當(dāng)催化劑失效更換時(shí)，還要對(duì)催化劑進(jìn)行回收處理。

此外，SCR的理論脫硝效率雖然可以達(dá)到或者超過(guò)90%，但是隨著NH3/NO的摩爾比例增加（NH3/NO的摩爾比例與脫硝效率成正比），氨逃逸率會(huì)變得難以控制而快速增長(zhǎng)，并且需要的催化劑數(shù)量也會(huì)增加。因此，建議SCR的脫硝效率設(shè)計(jì)值不大于85%～90%。

由于SCR運(yùn)行對(duì)煙溫有下限要求，一般推薦最低煙溫限制值為300～320℃，一般在50%B-MCR負(fù)荷附近，SCR入口煙溫就不能滿足運(yùn)行要求，從而限制了SCR的可用率，但是通過(guò)一些措施，在低負(fù)荷下提高SCR入口煙溫，可以做到寬負(fù)荷區(qū)域脫硝。比如：省煤器煙氣旁路、省煤器給水旁路、省煤器上下分級(jí)、設(shè)置“0”號(hào)高加等。

3.1 省煤器煙氣旁路

在省煤器入口引出一路旁路煙氣，用高溫的旁路煙氣加熱省煤器后煙氣，達(dá)到提高SCR入口煙氣的目的。

該方案通過(guò)高溫?zé)煔饧訜岬蜏責(zé)煔?，在低?fù)荷煙溫偏低的時(shí)候，讓一部分高溫?zé)煔饫@過(guò)省煤器以提高SCR入口煙溫，在較低負(fù)荷下滿足脫硝運(yùn)行的煙溫條件。

3.2 省煤器給水旁路

在省煤器給水入口引出一路給水旁路，讓一部分給水繞過(guò)省煤器直接進(jìn)入水冷壁，通過(guò)分流給水流量的方式減少省煤器吸熱，間接提高排煙溫度。

該方案通過(guò)分流一部分給水，減少進(jìn)入省煤器的給水流量，降低給水側(cè)的傳熱系數(shù)以及煙氣對(duì)給水的換熱平均溫差，以此減少省煤器對(duì)煙氣的吸熱量，提高SCR入口煙溫。

3.3 省煤器上下分級(jí)

把省煤器分為上下兩級(jí)，上級(jí)省煤器布置在SCR入口上游，下級(jí)省煤器布置在SCR出口下游，相當(dāng)于SCR入口煙溫從省煤器中間抽取，提高了各個(gè)負(fù)荷下SCR的入口煙溫。

該方案是通過(guò)調(diào)整受熱面（省煤器）的位置，其實(shí)質(zhì)是改變SCR入口布置位置，實(shí)現(xiàn)各種負(fù)荷下煙溫的提高，使?jié)M足SCR脫硝的負(fù)荷區(qū)域更寬。無(wú)論額定負(fù)荷下還是低負(fù)荷，SCR入口煙溫都得到提高。

4 小節(jié)

在國(guó)家對(duì)火力發(fā)電廠氮氧化物排放指標(biāo)日益嚴(yán)格的前提下，對(duì)脫硝技術(shù)的研究變得越來(lái)越重要，目前火力發(fā)電廠主要的脫硝技術(shù)分為低氮燃燒器技術(shù)、SNCR技術(shù)、SCR技術(shù)，其中在低負(fù)荷時(shí)，為保證SCR技術(shù)的順利實(shí)施，可采用省煤器煙氣旁路、省煤器給水旁路、省煤器分級(jí)等技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]顧衛(wèi)榮，周明吉，馬薇.燃煤煙氣脫硝技術(shù)的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2012（9）.

[2]唐志軍.電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)的研究發(fā)展論述[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2015（11）.

[責(zé)任編輯：田吉捷]