朱健

摘 要：SCR和SNCR是目前鍋爐脫硝采用的主要工藝，各自具有其優(yōu)缺點。SCR脫硝效率高，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建設(shè)及運行費用較高，對鍋爐空氣預(yù)熱器有影響，且環(huán)境風(fēng)險較大；SNCR結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)及后期費用較低，但是脫硝效率低。分析比較了SCR和SNCR的原理和優(yōu)缺點，給出在實際環(huán)評工作及環(huán)境管理中如何選擇的建議。應(yīng)結(jié)合項目實際情況綜合考慮其投資、工程量、脫硝效率、操作可行性等因素，不能以偏概全的只追求脫硝效率或者只追求節(jié)省投資，而忽略了脫硝工程的可行性及穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：鍋爐 SCR SNCR 脫硝 環(huán)保

中圖分類號：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）-0108-02

近幾年，隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民群眾對于環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識不斷提高，環(huán)境保護(hù)工作逐漸被推上了輿論的風(fēng)口浪尖。特別是近年愈演愈烈的大氣霧霾關(guān)注，將群眾對環(huán)境空氣的污染治理視為重中之重。而在各種環(huán)境空氣污染源中，燃煤鍋爐扮演了重要角色，燃煤燃燒過程會產(chǎn)生SO2、NOX和煙塵等污染物，在鍋爐煙氣的治理研究方面，SO2和煙塵起步較早，目前也已經(jīng)發(fā)展的較為成熟完善。而NOX治理起步相對較晚，目前采取的治理工藝通常為爐內(nèi)控制+爐外脫硝處理。爐內(nèi)控制方法相對單一，通常采用低氮燃燒的方式，其原理是改變傳統(tǒng)的鍋爐燃燒方式，包括降低鍋爐燃燒溫度、降低氧濃度、爐膛內(nèi)設(shè)立再燃區(qū)等，一般在鍋爐安裝時由鍋爐制造廠家一并設(shè)計提供。但是低氮燃燒方式脫氮效率較低，絕大多數(shù)鍋爐生產(chǎn)廠家提供的低氮燃燒技術(shù)通常只能將NOX濃度控制在300 mg/Nm3（以NO2計）以內(nèi)。而目前國家關(guān)于燃煤鍋爐NOX控制標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)格，部分省份也出臺了更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，如《山東省火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/664-2013）中就規(guī)定，重點控制地區(qū)燃煤鍋爐NOX排放標(biāo)準(zhǔn)為100 mg/Nm3，這就要求對鍋爐煙氣進(jìn)行爐外脫硝，也就是加裝煙氣凈化裝置，通常采用的脫硝方式有SCR和SNCR。但是如何選擇往往成為環(huán)境影響評價及環(huán)境管理工作中一個難題。下面該研究者將結(jié)合多年的環(huán)保工作經(jīng)驗，對SCR和SNCR各自的工藝原理、優(yōu)缺點進(jìn)行分析比較，以供參考。

1 SCR原理及特點

1.1 工藝原理

SCR，全稱Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法脫硝技術(shù)，是目前國際上廣泛應(yīng)用的煙氣脫硝技術(shù)，國內(nèi)外很多大型燃煤電廠基本都應(yīng)用此技術(shù)。其反應(yīng)原理為：向溫度約280～420 ℃的煙氣中噴入NH3，NH3與煙氣均勻混合后一起通過一個填充了催化劑（如V2O5-TiO2）的反應(yīng)器，在催化劑作用下，將NOX還原成無害的N2和H2O。

其中反應(yīng)（3）、（4）是主要反應(yīng)，因為NO化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，極易被O2轉(zhuǎn)化為NO2，這也是NOX濃度通常以NO2計的主要原因。

1.2 工藝特點

該方法有優(yōu)缺點如下：

1.2.1優(yōu)點

（1）脫硝效率高，通?？蛇_(dá)70%～90%，甚至有的廠家可達(dá)到95%。

（2）由于催化劑的作用，其反應(yīng)溫度較低，通常280～420℃可達(dá)最佳反應(yīng)溫度。

1.2.2缺點

（1）既然是催化還原，必然需要使用催化劑，催化劑長時間使用會由于煙氣中的微量雜質(zhì)（如堿金屬雜質(zhì)鉀）覆蓋表面而失去活性，因此一般三年左右換一次，運行費用高①。

（2）由于催化劑的存在，反應(yīng)中易發(fā)生副反應(yīng)，將SO2與NH3反應(yīng)生成NH4HSO4，反應(yīng)方程式如下：

2SO2+2NH3+2H2O+O2——2NH4HSO4

NH4HSO4很容易對空氣預(yù)熱器進(jìn)行粘污，對空氣預(yù)熱器影響很大，需定期維護(hù)空氣預(yù)熱器②。

（3）需要單獨建設(shè)催化反應(yīng)器，占地面積達(dá)，工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資高。

（4）需要使用純NH3作為還原劑，純NH3獲取方法常見有兩種，一種是配套建設(shè)尿素制NH3裝置，工藝安全性較好，但是工藝復(fù)雜③；另外一種是直接購買純液氨。前者另外單獨建設(shè)一套裝置，工藝復(fù)雜，投資較大；后者來源簡單，只需配套一個液氨儲罐，但是液氨屬于危險化學(xué)品，存在較大的環(huán)境風(fēng)險。

2 SCR原理及特點

2.1 工藝原理

SNCR，全稱Selective Non-Catalytic Reduction，選擇性非催化還原法脫硝技術(shù)，是另外一種廣泛應(yīng)用的鍋爐煙氣脫硝技術(shù)。其反應(yīng)原理為：在無催化劑的作用下，在溫度為850℃～1 100℃的范圍內(nèi)，向煙氣中噴入還原劑將煙氣中NOX的還原為無害的N2和H2O。還原劑常見的氨水、尿素等。

2.2 工藝特點

該方法有優(yōu)缺點如下：

2.2.1 優(yōu)點

（1）系統(tǒng)簡單，不需要催化劑，不需要建設(shè)單獨的催化反應(yīng)器，無催化劑損耗，運行費用低。

（2）不存在SO2與NH3反應(yīng)生成NH4HSO4的轉(zhuǎn)化，對鍋爐設(shè)備損害較小，易于維護(hù)。

（3）可以采用氨水或者尿素為還原劑，相對于以純NH3作為還原劑的SCR，其系統(tǒng)相對簡單，環(huán)境風(fēng)險小。

（4）投資低，占地面積小，改造方便。

2.2.2 缺點

（1）脫硝效率低，通常為30%～60%，好一點的可以達(dá)到70%。

（2）由于不使用催化劑，其反應(yīng)過程對于溫度要求較高（850℃～1 100℃），不利于爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)的使用。同時對于煙氣流速要求不宜過大，過大會導(dǎo)致接觸時間短，效率降低。

綜上所述，可以將SCR和SNCR各自特點比較如表1所示。

3 案例分析

鑒于SCR和SNCR的優(yōu)缺點比較，在實際的環(huán)境影響評價和環(huán)境管理中，筆者建議根據(jù)項目實際情況決定選擇何種脫硝工藝。舉個實際案例說明。

山東東部某地一大型燃煤熱電廠，建廠較早，除發(fā)電外還承擔(dān)著該城市的工業(yè)用汽和城市供暖任務(wù)。由于新的排放標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，現(xiàn)有的燃煤鍋爐已經(jīng)無法滿足NOX排放標(biāo)準(zhǔn)，因此決定進(jìn)行脫硝改造。

改造之初，企業(yè)優(yōu)先想采用處理效率較高的SCR，但是由于建廠較早，廠區(qū)位于現(xiàn)狀城市建成區(qū)內(nèi)，周邊人口密集，用地較為緊張，廠區(qū)可用空間有限，改造較為困難；同時考慮到如果采用SCR工藝，以液氨為還原劑，需要建設(shè)20m3的液氨儲罐，而根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源識別》（GB182182009），液氨臨界量為10t，屆時會構(gòu)成重大危險源，環(huán)境風(fēng)險要求較高。因此經(jīng)過環(huán)評分析論證，最終采用更加符合實際改造條件的SNCR工藝，同時對鍋爐燃燒方式進(jìn)行改造，采取比較高效的低氮燃燒方式，控制NOX的產(chǎn)生濃度，同時加強(qiáng)運行管理，控制SNCR的處理效率，最終達(dá)到《山東省火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/664-2013）中規(guī)定的重點控制地區(qū)燃煤鍋爐NOX100mg/Nm3排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

對于新建項目或者條件允許的其他項目，該研究者建議還是優(yōu)先推薦選用SCR脫硝工藝或者SCR+SNCR的聯(lián)合脫硝工藝。畢竟SNCR工藝脫硝效率低，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)可靠性較低，建成后對于日常環(huán)境管理壓力較大。最終具體該選用何種脫硝工藝，還是得根據(jù)項目實際情況考慮確定。

4 結(jié)語

在實際選擇脫硝工藝時，應(yīng)結(jié)合項目實際情況綜合考慮其投資、工程量、脫硝效率、操作可行性等因素，不能以偏概全的只追求脫硝效率或者只追求節(jié)省投資，而忽略了脫硝工程的可行性及穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜燁，張涌新，吳衛(wèi)紅，等.中國電機(jī)工程學(xué)報，2014，24（23）.

[2] 馬雙忱，金鑫，孫云雪，等.熱力發(fā)電，2010，39（8）.

[3] 王琦.中國高新技術(shù)企業(yè)，2012（22）.