浅谈环保新形势下燃机脱硝技术选择

徐兵海

摘要：随着我国火电行业的快速发展，燃气燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）对环境造成的污染也日益加剧。随着国内燃气机组超低排放改造的全面实施，我们对脱硝技术的现状和发展也提出了更高的要求。如何研究选择燃机脱硝技术，已成为了我们当前必须重视的课题。基于此，笔者结合工作经验对环保新形势下燃机脱硝技术进行了研究，希望能为同行人士带来经验方面的参考，促进燃机脱硝技术的发展，共同为祖国的经济建设和环保事业贡献力量。

关键词：环保;燃机;脱硝技术

引言：

在环境保护要求越来越高、人们环保意愿越来越强烈的今天，作为传统的污染大户，随着时代的发展和文明的进步，环境保护越来越得到广大人民群众强烈的关注。燃机系统燃气的脱硝工艺的选择与优化就成为了控制大气环境污染源之一的氮氧化物排放的重要措施。

一、燃机NOx产生机理

燃机机组产生的氮氧化物（NOx）主要含有一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），其中NO占NOx总量的大部分。在天然气燃烧过程中氮氧化物的生成量与天然气的燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件有关。研究表明，在天然气的燃烧过程中生成NOx的主要途径有3个：

（1）燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解后氧化而生成的NOx。（2）热力型NOx，它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOx。

（3）快速型NOx，它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如HC等反应生成的NOx。这3种类型的NOx，其各自的生成量和天然气的燃烧温度有关，在燃气轮机中，热力型与快速型NOx是主要的，燃料型较少。由于燃机机组燃烧温度较高，当空气过量系数大时，很容易生成NOx。从研究燃机机组NOx产生的机理，很容易发现控制燃机的NOx排放有两种途径：一种是在上游减少燃机燃烧时NOx的生成量，我们称之为燃烧中控制;另一种是在下游将生成的NOx除去，我们称之为燃烧后控制。

二、环保新形势下燃机脱硝技术概述及技术分类

燃机的烟气脱硝技术的开发和应用是为了适应我国大气污染减排力度加大的要求，而采取的将运用于大型燃气电厂的选择性催化还原脱硝的成熟工艺技术。受自身特点的要求，在燃机的烟气脱硝技术的实施过程中，要解决脱硝技术难以适应燃机负荷和炉温频繁变化、无法达到持续稳定运行效果等问题。燃机的烟气脱硝技术的有效实施对于燃机氮氧化物的减排有着重要的作用，是我国中小型工业燃机氮氧化物减排的可行性战略之一。

我国针对目前的科技技术水平，在进行脱硝的过程中，主要技术流程有以下2类：第一类，燃烧时脱硝，该项技术是在燃气过程中，通过注入蒸汽等外在条件对燃烧进行处理，或者干式低NOx燃烧技术等技术，进行脱硝处理;第2类，尾部烟气脱硝，该项技术是在燃气之后，对其生成的气体，利用SNCR或者SCR技术，进行还原反应。或者利用氮氧化合物的物理性质，利用活性炭进行吸附。

三、燃机系统主要脱硝技术手段及特点

燃气燃机脱硝方式可以分为两类：一类是燃烧过程中降低NOx生成，如端部分燃料燃烧、干式低NOx燃烧技术等;另一类是尾部烟气脱硝技术，主要有SCR和SNCR，其中SCR技术被广泛应用于火电厂。

（一）燃烧过程中降低NOx的方法

干式低NOx燃烧技术

DLN技术通过设计改进燃烧器以及控制空气/燃料比和其他过程变量，以实现控制燃烧反应的峰值温度，从而减少NOx的生成。但随着燃烧温度的降低，燃烧火焰的稳定性降低，CO及UHC排放随之增加，燃机效率下降。有单位已通过对现有300 MW燃气-蒸汽联合循环机组进行改造，改用DLN1.0燃烧系统后，实测NOx排放体积分数〈1.0×10-5，完全满足燃气机组NOx排放标准。

（二）尾部烟气脱硝

目前，SCR技术为最广泛使用的尾部烟气脱硝技术。在催化剂作用下，SCR系统选择性地使氨（NH3）和氧（O2）与燃机废气中的NOx反应，形成分子氮（N2）和水（H2O），从而降低氮氧化物排放。具体反应如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O（2）

3NO2+4NH3→7N2+6H2O（3）

反應式（1）为主导反应，称为标准SCR反应。当烟气中含有NO2时，会发生反应式（2）和反应式（3），其中式（3）的反应速率远小于式（1）和式（2），反应式（2）被称为快速SCR反应。石晓燕等研究指出，当烟气中NOx中NO2的比例逐渐增大时，催化剂的NOx转化率随之增大，低温段下的增加趋势更加明显，但随着NO2比例增大，N2O的生成量明显增加，研究结果显示，在NO2/NOx=0.5，反应温度为250℃条件下N2O产生量最多。有研究资料等也表明，NH3同NO2+NO的反应速率远高于NH3同NO的反应速率，在低温条件下NO向NO2的转化可以提高SCR脱硝效果。

四、脱硝还原剂的确定

在SCR系统中，是靠氨和NOx反应来达到脱硝的目的。稳定、可靠的供氨系统才能保证SCR系统的良好运行。

（一）液氨法

液氨由槽车运送到液氨贮槽，液氨贮槽输出的液氨在氨气蒸发器内经40℃左右的温水蒸发为氨气，并将氨气加热至常温后，送到氨气缓冲槽备用。缓冲槽的氨气经调压阀减压后，送入各机组的氨气/空气混合器中，与来自送风机的空气充分混合后，通过氨喷射格栅（A1G）喷入烟气中.与烟气混合后进入SCR催化反应器.

（二）尿素水解法

运输车把尿素卸到卸料仓内，尿素被直接从卸料仓送入混合罐。尿素在混合罐中被搅拌器搅拌以确保尿素的完全溶解，然后用循环泵将溶液抽出来，这个过程不断重复，以维持尿素溶液存储罐的液位。经过滤后的溶液进入水解槽，在水解槽中，尿素溶液首先通过蒸汽预热器加热到反应温度，然后尿素溶液与水反应成氨和一氧化碳。在对安全不敏感地区，即脱硝剂运输路线无人口密集区、水库等安全要求较高地区时，可选择液氨作为还原剂以降低投资成本。如果对安全要求较高，则选择尿素比较合适。

五、结束语：

总之，燃机系统燃气的脱硝技术的选择对于控制系统氮氧化物排放、降低大气污染变得尤为重要。兼具大功率、高效率和低污染特点的燃气轮机新技术将得到广泛应用，故而在新环保形势下，为符合国家当前节能减排的环保政策，各企业应结合当地环保标准，进行充分的技术论证，因地制宜地采取更为灵活、合理的脱硝技术方案，以期达到既满足环保达标排放的效果。

参考文献：

[1]王准，陈东东.超低排放燃煤机组脱硝技术运行经济性分析[J].中国环保产业，2019（7）：4.

[2]吴鹏，周锦晖，庄柯，等.燃气轮机脱硝技术现状及发展趋势[J].环境工程，2019（1）：4.

[3]董陈、曾洋波、姜建、王庆韧、李俊、胡嘉靖、牛国平、王晓冰、王伟锋、袁壮、舒凯.燃气-蒸汽联合循环机组SCR脱硝技术研究[J].热力发电，2020，49（11）：7.

[4]WU Peng，ZHOU Jin-hui，ZHUANG Ke，等.燃气轮机脱硝技术现状及发展趋势[J].环境工程，2019，037（001）：103-105，181.