燃煤电厂脱硝技术的分析比较

蔡松

【摘 要】国家对火力发电厂NOX排放的控制越来越严格，对脱硝技术的研究变得至关重要，文章介绍了几种脱硝技术的特点。

【关键词】火力发电厂；脱硝

0 引言

2014年9月，国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》的通知（发改能源[2014]2093号）（简称“行动计划”），要求“东部地区（辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市）新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值”（即在基准氧含量6%条件下，氮氧化物排放浓度分别不高于50毫克/立方米）。为积极响应国家环保政策，现阶段，新建火电机组已按此排放标准执行。脱硝技术路线的选取尤为关键。本文主要对几种脱硝技术进行论述。

燃煤锅炉在燃烧过程中会生成氮的氧化物，包括NO、NO2、N2O等，习惯上把这些氮氧化物统称为NOx。其中燃煤锅炉生成的氮氧化物约90%～95%以上是NO，NO在过氧量的条件下又氧化为NO2。

1 低氮燃烧器技术

现阶段，燃用烟煤的锅炉其燃烧器主要有两种：第一种，是旋流燃烧器，该燃烧器采取前后墙对冲燃烧的方式；第二种，是直流燃烧器，采用四角切圆大火炬的燃烧方式。这两种燃烧器都有低NOx燃烧的措施。

对冲布置燃烧器采用的低NOx燃烧措施是：NO火焰内还原技术，通过控制燃烧的进程，在燃烧初期产生还原性媒介与燃料生成的NO反应化合，在火焰内完成了NO的还原，在不降低火焰温度的同时使得NO的排放减少，解决了NO排放的减少与未燃烬碳损失增加之间的矛盾[1]。

四角切圆燃烧器采用的低NOx燃烧措施是：利用燃烧器喷嘴体内部的百叶窗和喷口处的钝体分离作用将煤粉气流分成浓淡两股，分别进入炉膛，浓相煤粉浓度高所需着火热少，利于着火和稳燃；淡相补充后期所需的空气，利于煤粉的燃尽，同时浓淡燃烧均偏离了化学当量燃烧，大大降低了NOx的生成。

2 SNCR技术

SNCR直接在锅炉内烟温合适的区域喷入还原剂，使NOx直接与还原剂反应，还原剂可以选择氨气或者尿素。

SNCR反应的最佳温度为900～1100℃，在低于900℃时，反应不完全，反映为脱硝效率低，NH3逃逸率高；当高于1100℃时，氨气会被氧化为NO。选择合适的温度区段以及控制停留时间，对SNCR脱硝效率影响较大，一般还原剂注入位置为炉膛烟窗后，为提高效率可以高温过热器后（～800℃）设置第二个还原剂注入位置，虽然NH3利用率开始降低，但是还是可以一定程度提高脱硝效率。一般SNCR的效率理论上最高可到达60%，但实际应用是受各种条件限制，一般效率只有30%～50%左右。

3 SCR技术

SCR法采用催化剂，选择性的对NOx进行催化还原，还原剂一般采用氨气。SCR的最佳反应温度为350～400℃左右，在催化剂催化下，还原剂与NOx发生以下反应[2]。

SCR具有效率高的优点，缺点是投资高、烟气阻力大、并且催化烟气中的SO2转化为SO3，与氨气生成硫酸氢铵（NH4HSO4）副产品，容易引起空预器堵灰。此外SCR的催化剂有一定的化学寿命和机械寿命，当催化剂失效更换时，还要对催化剂进行回收处理。

此外，SCR的理论脱硝效率虽然可以达到或者超过90%，但是随着NH3/NO的摩尔比例增加（NH3/NO的摩尔比例与脱硝效率成正比），氨逃逸率会变得难以控制而快速增长，并且需要的催化剂数量也会增加。因此，建议SCR的脱硝效率设计值不大于85%～90%。

由于SCR运行对烟温有下限要求，一般推荐最低烟温限制值为300～320℃，一般在50%B-MCR负荷附近，SCR入口烟温就不能满足运行要求，从而限制了SCR的可用率，但是通过一些措施，在低负荷下提高SCR入口烟温，可以做到宽负荷区域脱硝。比如：省煤器烟气旁路、省煤器给水旁路、省煤器上下分级、设置“0”号高加等。

3.1 省煤器烟气旁路

在省煤器入口引出一路旁路烟气，用高温的旁路烟气加热省煤器后烟气，达到提高SCR入口烟气的目的。

该方案通过高温烟气加热低温烟气，在低负荷烟温偏低的时候，让一部分高温烟气绕过省煤器以提高SCR入口烟温，在较低负荷下满足脱硝运行的烟温条件。

3.2 省煤器给水旁路

在省煤器给水入口引出一路给水旁路，让一部分给水绕过省煤器直接进入水冷壁，通过分流给水流量的方式减少省煤器吸热，间接提高排烟温度。

该方案通过分流一部分给水，减少进入省煤器的给水流量，降低给水侧的传热系数以及烟气对给水的换热平均温差，以此减少省煤器对烟气的吸热量，提高SCR入口烟温。

3.3 省煤器上下分级

把省煤器分为上下两级，上级省煤器布置在SCR入口上游，下级省煤器布置在SCR出口下游，相当于SCR入口烟温从省煤器中间抽取，提高了各个负荷下SCR的入口烟温。

该方案是通过调整受热面（省煤器）的位置，其实质是改变SCR入口布置位置，实现各种负荷下烟温的提高，使满足SCR脱硝的负荷区域更宽。无论额定负荷下还是低负荷，SCR入口烟温都得到提高。

4 小节

在国家对火力发电厂氮氧化物排放指标日益严格的前提下，对脱硝技术的研究变得越来越重要，目前火力发电厂主要的脱硝技术分为低氮燃烧器技术、SNCR技术、SCR技术，其中在低负荷时，为保证SCR技术的顺利实施，可采用省煤器烟气旁路、省煤器给水旁路、省煤器分级等技术。

【参考文献】

[1]顾卫荣，周明吉，马薇.燃煤烟气脱硝技术的研究进展[J].化工进展，2012（9）.

[2]唐志军.电厂烟气脱硫脱硝技术的研究发展论述[J].资源节约与环保，2015（11）.

[责任编辑：田吉捷]