热电厂锅炉烟气脱硝技术实践应用

文_鲍齐琦 湖州市吴兴区环境应急与事故调查中心

1 烟气脱硝技术概述

烟气脱硝系统是热电厂生产系统中的重要组成部分，其主要功能是净化锅炉烟气，减少烟气中氮氧化物含量，以此来实现减少环境污染的目的。目前在热电厂锅炉装置中有大量低NOx燃烧技术，实际应用中可以显著降低锅炉NOx排放含量。低NOx燃烧技术实际应用中，主要是通过减少燃料周围氧气浓度，减少一次风量以及挥发分燃烬前燃料和二次风的掺混，在氧浓度较少情况下保持足够停留时间，以此来避免燃料中N不容易生成NOx，生成的部分NOx通过均相反应还原分解，在过剩空气情况下可以降低温度峰值，热力型的NOx生成量大幅度减少。如果选择降低热风温度与烟气再循环，可以加入一定量的还原剂，生成NH3、CO以及HCN等物质，促使NOx充分还原分解。

但低NOx燃烧技术通常仅仅可以取得50%的脱氮率，如果需要进一步提升脱氮率，则需要积极引用烟气脱硝技术。目前热电厂中应用较为广泛的烟气脱硝技术有选择性非催化换元法（SNCR）以及选择性催化剂换元法（SCR）、同时脱硫脱硝法以及电子束照射法等几种，其中当属SCR烟气脱硝技术脱销效率最高，操作简单，运行稳定，便于后期维护，因此多数的热电厂锅炉选择SCR烟气脱硝技术。

2 热电厂锅炉烟气脱硝技术的意义

经济社会飞快发展，日益增长的能源消费带来了不同程度的环境污染，已经威胁到人类社会的可持续生存和发展。锅炉烟气中包含的二氧化硫、烟尘以及氮氧化物等有害物质如果未经处理就直接排放到空气中，会造成严重的大气污染，诱发酸雨和温室效应。对此，我国已经大规模组织开展烟气脱硫项目，但烟气脱硝项目规模还有所不足。如果忽视烟气中氮氧化物治理，将会进一步加剧大气污染，并且氮氧化物未来将取代二氧化硫成为大气污染中的主要污染物。相较于发达国家，我国的烟气脱硝项目起步较晚，目前所采用的烟气脱硝技术也是欧美等发达国家引进，技术依赖性较大。对此，应该进一步深化烟气脱硝技术研究和发展，以便于推动我国烟气脱硝市场规模扩大，为提升大气污染治理成效做出更大的贡献。

3 热电厂锅炉烟气脱硝技术分析

3.1 SCR

3.1.1 反应原理

SCR是目前应用最广泛的、效率最高的脱硝技术。此项技术主要是在催化剂作用下，将氨喷入到废气中，促使NOx物质充分的还原成水与N2。应用催化剂，一方面是为了减少反应温度，在280～420℃之间进行还原反映，同时在催化剂作用下，还原剂选择性的同NOx反应生成水与N2，而不是被水氧化，有效提升反应效率，降低控制难度。

3.1.2 工艺流程

基于灌装卡车运输液态氨，同时存储在氨罐中；借助蒸发器对液态氨进行蒸发气化处理；气化的氨和空气混合，经由喷氨格栅进入到SCR反应器上游烟气中；同烟气充分混合后，进入到SCR反应器，在催化剂作用下选择性的同烟气中NOx进行化学反应，将其转化成无害的N2与水，以此来实现去除NOx的目的，详见图1。

图1 脱销效率、氨和催化剂的关系

3.1.3 布置方式

依据不同的反应器布置方式，SCR脱硝技术可以细化为高温低尘布置、高温高尘布置和低尘低温布置。具体如：①高温高尘SCR工艺，将脱硝反应器设置在锅炉省煤器后，空气预热器的前段。此种方式可以保证烟气温度较高，不需要加热即可快速反应，能耗小，成本低。但此种方式由于粉尘浓度较高，长期使用下可能导致催化剂反应器堵塞，并且烟气中的Ca、K、Na以及As等成分会导致催化剂被污染，催化剂使用寿命大大缩短。②高温低尘SCR工艺，静电除尘器和空气预热器中间位置设置反应器，通过高温静电除尘器除尘处理后的高温烟气，进入到催化反应器，烟气温度大概在300～400℃范围内，不需要配备加热装置进一步加热，可以大大降低催化反应器磨损和老化程度，催化剂使用寿命进一步延长。但烟气中粉尘颗粒粒径较细，容易黏连，不具备粗大飞灰颗粒清扫作用，容易加剧催化剂堵塞，因此需加快烟气速度，实现催化剂表面清扫的目的。③低温低尘布置，在预热器、静电除尘器和烟气脱硫装置后设置反应器，通过除尘和脱硫装置，降低SO2以及粉尘的浓度，可以有效降低后期装置堵塞几率，催化剂使用寿命进一步延长。低含尘布置方式，由于催化反应器是在脱硫装置后，因此该区域烟气温度是60℃，难以满足还原反映的需求，需要增设烟气换热器和燃气装置用于加热该区域的烟气温度，一定程度上增加了整体能耗和运行成本。

需要注意的是，SCR技术应用中需要做好催化剂的选择，具体有蜂窝式、平板式以及波纹板式，其性能如表1所示。

3.2 SNCR

3.2.1 技术原理

SNCR是选择含氨基的还原剂喷入锅炉炉膛中，还原剂选择性和烟气的NOx进行还原反应，生成水和N2物质。

（1）NH3作为催化剂

(2)尿素为催化剂

3.2.2 工艺流程

SNCR烟气脱硝处理中，接受和存储还原剂；剂量输出还原剂，并且与水混合稀释；锅炉合适位置加入混合的还原剂；还原剂和烟气混合实现脱硝处理。

3.2.3 布置方式

选择适量还原剂稀释到反应所需浓度，基于加压泵、输送管道将其输入到炉前喷射系统中，在锅炉四周雾化喷嘴喷乳到炉膛中，在900～1100℃高温区域，充分同锅炉中NOx进行反应。在此期间，锅炉负荷发生明显变化，则要及时调节还原剂用量，规避氨逃逸，提升脱硝率。另外，为了满足各个温度区域需求，扩大反应接触面积，通常情况下采用多层布置喷嘴的方式予以处理。

4 结语

综上所述，热电厂锅炉烟气脱硝是必然选择，可以在保证发电效率同时，最大程度上减少对环境的污染和影响，满足可持续发展要求。因此，要结合实际情况灵活选择不同的烟气脱硝技术，优先选择成本低、操作便捷和脱硝率高的技术，以期取得理想的烟气脱硝效果，促进热电厂生产活动顺利进行。