浅谈烟气脱硝在余热锅炉上的应用

石峰++王祎凡

【摘 要】 为了响应国家对于节能减排的号召与要求，减少工业废气对于生态环境的污染，越来越多的工业窑炉、锅炉都陆续安装了脱硝设备以去除烟气中的氮氧化物。本文就烟气脱硝在余热锅炉上的应用展开探讨，分析了烟气脱硝的工作原理及其工艺的发展。

【关键词】 烟气脱硝 余热锅炉 SCR

随着经济的不断发展，我国已经成为世界上的能源消耗大国。目前煤炭仍然是我国的主要能源，广泛应用于电力行业等大型工业中。但是，煤炭资源中一般含有硫、氮等杂质元素，这些杂质在燃烧后形成了二氧化硫、氮氧化物等有害气体。这些气体不尽会和二氧化碳一样有着温室效应，其于空气中的水化合后形成的酸雨对于地球环境有极大的破坏性。为了响应国家节能减排的号召，在保证经济发展的同时尽可能减少对生态环境的破坏，实现资源节约型和环境友好型发展战略，越来越多的节能减排技术被应用到工业锅炉中。烟气脱硝技术就一类应用到锅炉中以去除烟气中氮氧化物的技术。

1 烟气脱硝技术原理及类型

现有的脱硝技术可以分为干法和湿法两类。湿法脱硝技术的成本高、工艺复杂并且会产生大量废弃物，故一般推荐采用干法脱硝技术。常用的烟气脱硝技术有SNCR和SCR两种类型。

1.1 SNCR脱硝技术

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，选择性非催化氧化还原法），是利用含NHX基的还原剂在锅炉的高温下与烟气中的氮氧化物进行反应，将氮氧化物转化成氮气。以氨气NH3为例，其具体的反应如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

采用尿素作为还原剂时，其化学反应为：

（NH4）2CO→2NH2+CO

NH2+NO→N2+H2O

CO+NO→N2+CO2

温度的变化对于SNCR脱硝技术的转化效率有着显著的影响，其最宜温度为700℃～1100℃。当温度低于这个范围时，氧化还原反应的速度较慢，从而降低了NO的还原率；温度过高时，氨气的氧化成为主要反应：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

于是还原剂变成了有害的NO，增加了烟气中NO的含量。合理把握余热锅炉的温度条件是应用SNCR技术的关键。

SNCR烟气脱硝技术系统简单，无需对余热锅炉进行过大的改造，只需添加氨或尿素存储罐及其喷射装置即可。由于尿素和液氨的价格都相当低廉，SNCR技术需要的投资较低。整个烟气脱硝系统并不需要占据太多的面积，便于安置，且烟气脱硝过程几乎不影响余热锅炉的正常运行。通常情况下，SNCR脱硝工艺的转化效率可达35%以上，影响SNCR转换效率的因素包括温度、还原剂在温度窗口的停留时间以及还原剂的类型等。停留时间越长，SNCR技术的脱硝率越高。为避免还原剂过量，在应用SNCR工艺时应根据实际情况合理调整还原剂剂量，防止出现大量氨泄漏的问题。

1.2 SCR脱硝技术

SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化氧化还原法），其原理是利用催化剂使还原剂与烟气中的氮氧化物进行反应，生成N2和H2O。与SNCR技术不同的是，SCR通过添加催化剂加快了氧化还原反应的速度，并且降低了其需要的温度。并且其转换效率可以高达70%～90%。由于烟气通常含有SO2、灰尘会影响催化剂和还原剂的物质，为达到最佳的脱硝效果，在使用SCR技术时一般需要对烟气进行初步处理，过滤掉灰尘颗粒并脱硫。与SNCR技术相比，SCR的反应温度只要300℃～400℃，运行更可靠，脱硝效率也远远超出；但是SCR技术需要的投资也更多，催化剂也因中毒等原因需要经常更换，运行成本高。

在实际应用中，喷射进入脱硝系统的还原剂量通常高于理论需要的值，从而会出现氨泄漏的情况。尽管增加还原剂的喷入量可以提高氮氧化物的转化率，但泄漏的氨不仅会引起催化剂中毒，对环境造成污染，并且容易与烟气中的硫化物和水形成硫酸氢铵，造成管道的堵塞等问题。因此，在应用烟气脱硝技术时，有必要对氨泄漏的体积分数进行严格的控制。目前，SCR技术在实际中的应用更为广泛。

2 烟气脱硝在余热锅炉中的应用

2.1 旧式余热锅炉脱硝工艺

旧式余热脱硝工艺中的SCR脱硝设备保持着相对较高的独立性，其与余热锅炉的联系并不紧密，仅仅是通过连接管道连通余热锅炉的出气口与SCR脱硝设备的进气口。在这种工艺中，由于余热锅炉的烟气出口温度一般只在200℃左右，不能达到催化氧化反应的要求。因此，在SCR脱硝设备中就需要安装加热装置对已经经过余热利用的烟气进行再加热，待烟气完成脱硝处理后，还需加装冷却器对高温烟气进行降温处理。这个额外的再加热和冷却过程无疑增加了整个系统的能耗，经济性不佳。

2.2 新式余热锅炉脱硝工艺

为了降低脱硝设备的能耗，新式余热锅炉脱硝工艺在以前的基础上进行了改进。改进后的烟气SCR脱硝工艺充分利用烟气的本身热量，在烟气温度降低至300℃～400℃时即将其引出，经高温电除尘器进行除尘处理后，送入SCR烟气处理装置进行氧化还原反应。待脱硝完成后，废弃烟气被继续送入余热锅炉以利用其余热，之后直接排入大气中。这种SCR脱硝工艺使整个系统结构更加紧凑，也不需要添加其他热源，具有更好的节能减排效果。

3 结语

目前我国的烟气脱硝技术仍然有巨大的研发空间，设备的结构组成以及脱硝技术的工艺性都有待改进和提高。未来的经济发展与环境保护之间的矛盾将日益突出，需要我们不断努力，使SCR烟气脱硝技术更加完善。

参考文献：

[1]单建明，王利宏，宋彦君，林正春.SCR法烟气脱硝装置在联合循环余热锅炉中的应用[J].发电设备，2011.

[2]杨博，林坚辉，曾壁群.SCR脱硝技术在3033t/h锅炉上的应用和改进[J].发电设备，2014.endprint