催化还原反应在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用

崔云峰（辽宁抚顺石化公司洗涤剂化工厂，辽宁抚顺 113000）

催化还原反应在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用

崔云峰
（辽宁抚顺石化公司洗涤剂化工厂，辽宁抚顺 113000）

抚顺石化公司洗涤剂化工厂动力分厂燃煤锅炉烟气脱硝装置采用选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝工艺，利用液氨与氮氧化物的氧化还原反应以达到氮氧化物排放达标的目的。通过对脱硝装置的建设，有效降低了氮氧化物的排放浓度，排放浓度达到环保排放要求。

脱硝；氮氧化物；SCR；排放浓度

随着时代的不断发展进步，能源短缺和环境污染成为社会两大热点问题。燃煤作为主要的能源，使用过程中所产生的氮氧化物会造成严重的环境污染。因此，国家及地方管理部门制定了一系列有关大气污染物排放的法律法规，推动企业开展了一系列的环保设施改造升级，同时也促进了企业生产装置的技术革新。本文主要阐述了催化还原反应在燃煤锅炉中的应用，并对其工艺原理及系统运行控制进行了研究分析。

1　烟气脱硝装置改建背景

抚顺石化公司洗涤剂化工厂动力分厂是洗化厂最大的辅助车间，主要负责提供洗化厂的生产、伴热用蒸汽，建有循环流化床锅炉3台，全厂小时用汽量最低18t（夏季），最高60t。根据《火电厂大气污染排放标准》GB13223-2011的规定，至2014年7月1日起，燃煤锅炉氮氧化物排放浓度应低于100mg/ m3（标），而对2012年我厂现有锅炉烟气中氮氧化物排放浓度统计，其平均浓度高达256 mg/m3（标），最大值达到440mg/ m3（标），无法达到环保排放要求，因此，3台锅炉的脱硝治理势在必行。

1.1氮氧化物的产生

NOx来源大致有两种途径，主要是燃料中含氮化合物在燃烧过程中被氧化而成，称为燃料型NOx。另一部分是空气中的氮气高温氧化生成的，称为热力型NOx。化学反应如下：

还有很少一部分来自于火焰前沿燃烧的早期阶段，由碳氢化合物与氮气通过中间产物HCN、CN转化而成的NOx，称为快速型NOx。

1.2氮氧化物的危害

（1）NOx与大气中的碳氢化合物在紫外线的作用下会引起光化学反应，形成光化学烟雾，阻碍视线同时危害人类呼吸系统；

（2）NOx可以形成酸雨，危害土壤、森林、建筑物；

（3）将臭氧还原成氧气，破坏臭氧层。

1.3目前国内应用的锅炉烟气脱硝技术

1.3.1低氮燃烧法

主要方法是通过改造给煤及进风系统分布，达到降低炉膛内温度、分散供氧避免过量氧区最终减少NOx产生的目的。由于受燃煤的影响，通常该法脱硝效率小于50%，由于我厂高峰时NOx含量达到440mg/m3（标），采用该法无法稳定达标。

1.3.2选择性非催化还原法（SNCR：selective non-catalytic reduction）

是指无催化剂的作用下，将氨气等还原性物质直接喷入炉膛（还原反应适应温度为850-1 100℃），氨气逃逸率较高。同样因为脱硝效率小于50%，我厂无法采用。

1.3.3选择性催化还原法（SCR：selective catalytic reduction）

原理是在催化剂作用下，氨在350-400℃下有选择的将NO和NO2还原成N2，该方法可以使脱硝效率大于80%，满足我厂实际需求。

2　SCR烟气脱硝技术特点

2.1反应对所用催化剂的要求

SCR 技术通常采用V2O5/TiO2基催化剂来促进脱硝还原反应。脱硝催化剂使用高比表面积专用锐钛型TiO2作为载体，V2O5作为主要活性成分，为了提高脱硝催化剂的热稳定性、机械强度和抗中毒性能，往往还在其中添加适量的WO3、MoO3、玻璃纤维等作为助添加剂。

催化剂活性成分V2O5在催化还原NOx的同时，还会催化氧化烟气中SO2转化成SO3（反应3）。在空预器换热元件140～220℃低温段区域，SO3与逃逸的NH3反应生成高粘性硫酸氢氨（反应4），粘结与粘附烟气中的飞灰颗粒恶化空预器元件堵塞与腐蚀。为此，除严格控制氨逃逸浓度小于3×10-6外，应尽可能减少V2O5含量，并添加WO3或MoO3，控制催化剂活性，抑制SO2/SO3转化，通常要求烟气经过催化剂后的SO2/ SO3转化率低于1.0%。

2.2烟气脱硝工艺流程

烟气脱硝装置分为氨区和脱硝区两部分。

2.2.1氨区工艺流程

运氨槽车中的溶氨通过卸料压缩机压送至储氨罐，再利用压差送至氨气蒸发器，将溶氨汽化成氨气，于氨气缓冲器中储存并稳定。氨气吸收罐主要用于吸收紧急排放或设备检修时排放的氨气。氨气经吸收罐中的水吸收后排入废水池，经废水泵升压后输送到厂区废水处理厂。

2.2.2脱硝区工艺流程

来自于氨气缓冲器的氨气与空气稀释风机的空气混合，稀释至浓度低于5%后，通过喷射格栅喷入SCR系统上升烟道中，在烟道中经过导流板、混合器和飞灰整流器等与烟气充分混合，到达催化剂表面作用生成氮气和水蒸气，而后进入锅炉空预器。SCR反应器为单烟道单反应器结构，催化剂采用垂直布置，采用“2+1”布置形式，即初装两层，预留一层。为防止飞灰堵塞，每层设置蒸汽吹灰器，定期运行。

3　工艺改建前后效果比对

烟气脱硝装置投入运行后，烟气中氮氧化物排放浓度明显降低，其改建前后排放浓度比对如表1所示。

表1　烟气脱硝装置改建前后氮氧化物排放浓度比对表

由表1的数据可以看出，烟气脱硝装置改建后氮氧化物排放浓度稳定小于200 mg/m3（标），满足辽宁省环保排放要求，3台锅炉烟气脱硝效率平均值可达87.4%，其脱硝效果较为显著。

4　结语

通过锅炉烟气脱硝装置的改建，我厂现有的三台锅炉烟气中氮氧化物排放浓度均已低于，达到现行的国家排放限值要求，减少了石油化工企业生产过程中对环境造成的影响，为保护环境尽了微薄之力。

[1] 祝社民，李伟峰，陈英文，等.烟气脱销技术研究新进展[J].环境污染与防治，2005，27（9）：699-703.

[2] 董文彬，朱林，朱法华.火电厂烟气脱硝容量的合理性探讨[J].环境监测管理与技术，2007，19（6）：40-43.

[3] 李芳，周新良.火电厂选择性催化还原法脱硝技术[J].江苏锅炉，2011，（1）.

Catalytic Reduction in Coal-fired Boiler Flue Gas Denitrification Application

Cui Yun-feng

Fushun Petrochemical Company chemical detergent plant boiler flue gas of coal-fired power plant denitration device using selective catalytic reduction（SCR）flue gas denitrification processes，ammonia and nitrogen oxides by the oxidation-reduction reaction of nitrogen oxide emissions in order to achieve compliance purposes.By denitration apparatus construction，effectively reducing the concentration of nitrogen oxides emissions to meet environmental emission concentration emission requirements.

denitrification；nitrogen oxides；SCR；emission concentration

TM621

B

1003-6490（2016）03-0046-02

2016-03-06

崔云峰（1982—），男，辽宁营口人，工程师，主要研究方向为石油化工。