賀宏天

【摘要】目前，煤炭燃燒是造成大氣中的氮氧化物偏多的主要原因，也是大氣污染物的主要來源。電力工業(yè)每年都會燃燒大量的煤，向大氣中排放大量的氮氧化物，對環(huán)境造成極大的污染，其中氮氧化物（NOx）是繼硫氧化物（SOx）和粉塵之后燃煤電站環(huán)保治理的重點對象，因此根據(jù)我國環(huán)境保護的法律、法規(guī)要求，要在燃煤鍋爐中加裝脫硝裝置，所以，脫硝技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用一直是大家關(guān)注的焦點。目前，煙氣脫硝應(yīng)用較多的是選擇性催化還原法（SCR）。本文就針對選擇性催化還原法（SCR）在火電廠中的運行經(jīng)驗談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

【關(guān)鍵詞】火電廠；鍋爐；脫硝；氮氧化物

1.引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力裝機容量也在持續(xù)增加。而在所有的發(fā)電廠中，火力發(fā)電廠占了一半以上，這就促使了煤的用量持續(xù)不斷增加，排向大氣的硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和粉塵也越來越多，大氣污染治理迫在眉睫。隨著脫硫裝置和除塵裝置在火電廠中的全面投入。近年，脫硝裝置的投入成了硬性指標(biāo)。脫硝技術(shù)的研究也成為了控制氮氧化物排放的重點工作。

2.煙氣脫硝技術(shù)的類型

脫硝技術(shù)也就是控制氮氧化物排放濃度的技術(shù)，氮氧化物形成的原理各不相同，其中又以熱力型為主。因此為了從源頭上控制氮氧化物濃度，首先應(yīng)考慮爐內(nèi)的低NOx燃燒技術(shù)，通過低NOx燃燒器的燃燒技術(shù)和燃燒調(diào)整的方法，最終把排放出來的NOx的濃度降低到一半左右。低NOx燃燒技術(shù)的初投資和相應(yīng)的成本較低，運行維護費用也低。在國家規(guī)定的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)較低時，是比較理想的選擇。目前常用的煙氣脫硝方法包含：選擇性非催化還原法（SNCR）、選擇性催化還原法（SCR）和電子束聯(lián)合脫硫脫硝法。綜合考慮成本，低氮+SCR對于大部分300MW及以上火電機組較為適合。另外，根據(jù)工程應(yīng)用情況來看，SNCR的適應(yīng)性相對較差，且其脫硝效率較低，比SCR相差甚遠(yuǎn)，因此在國家污染物排放法規(guī)越來越嚴(yán)的情況下，SCR已成為絕大多數(shù)的選擇，我國2015年要求全部電廠排放濃度低于100mg/m3。還原劑無論采用尿素、液氨或氨水中的哪一種，最終都是生成氨氣，只是存儲、輸送系統(tǒng)不同，且三者運輸、投資、運行成本和安全要求差異較大，綜合來說液氨最經(jīng)濟劃算，尿素最安全。

3.選擇性催化還原法（SCR）簡介

1950年，美國人首先提出SCR（Selective Catalytic Reduction〕的概念。1959年，美國Eegelhard公司，申請了SCR技術(shù)的發(fā)明專利。1972年，日本開始正式研究和開發(fā)。后來日本在該國環(huán)保政策的驅(qū)動下，成功研制出了現(xiàn)今被廣泛使用的V2O5、TiO2等催化劑，并分別在1977年和1979年在燃油和燃煤鍋爐上成功投入商業(yè)運用。選擇性催化還原法（SCR）是利用催化劑鐵、釩、鉻、鈷、鎳及堿金屬在溫度為200℃～450℃時將NOx還原為N2的一種方法。NH3具有選擇性，能與NOx能發(fā)生反應(yīng)，但基本不與O2反應(yīng)。

4.選擇性催化還原法（SCR）的反應(yīng)原理

目前，我國使用最廣泛的就是選擇性催化還原法（SCR），其原理就是在反應(yīng)器入口煙道中噴入氨氣，氨氣與煙氣充分混合后進入裝有催化劑的反應(yīng)器，在催化劑的作用下發(fā)生還原反應(yīng)，實現(xiàn)氮氧化物的脫除，化學(xué)反應(yīng)式如下：

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O

一般通過使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，上述反?yīng)在200℃～450℃的溫度范圍內(nèi)即可進行，而在310°C-420°C的范圍內(nèi)效率最高，鍋爐的安全性和經(jīng)濟性上也最好。在NH3/NO=1的情況下，可以達到80～90%的脫硝效率。

5.選擇性催化還原法（SCR）系統(tǒng)的組成

SCR系統(tǒng)一般由氨的儲存系統(tǒng)、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、省煤器旁路、SCR旁路、檢測控制系統(tǒng)等組成。液氨從液氨槽車由卸料壓縮機送人液氨儲槽，再經(jīng)過蒸發(fā)槽蒸發(fā)為氨氣后通過氨緩沖槽和輸送管道進入鍋爐區(qū)，通過與空氣均勻混合后由分布導(dǎo)閥進入SCR反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)。SCR反應(yīng)器設(shè)置于空氣預(yù)熱器前，氨氣在SCR反應(yīng)器的上方，通過一種特殊的噴霧裝置和煙氣均勻分布混合，混合后煙氣通過反應(yīng)器內(nèi)催化劑層進行還原反應(yīng)。SCR系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)主要有反應(yīng)器入口NOx濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)器內(nèi)還原劑的停留時間、NH3/NOx摩爾比、NH3的逃逸量、SCR系統(tǒng)的脫硝效率等。

6.選擇性催化還原法（SCR）催化劑的性能

對催化劑性能影響較大的因素有反應(yīng)溫度、催化劑量、氨的注入量。由于在310℃～420℃，催化劑有最佳活性，通常脫硝反應(yīng)設(shè)定在這個溫度范圍內(nèi)。當(dāng)反應(yīng)溫度不在這個溫度范圍內(nèi)時，催化劑的性能將降低，尤其是在高溫區(qū)域使用時，由于過熱促使催化劑的表面被燒結(jié)，使催化劑壽命降低。在電廠實際運行中，隨著使用時間的增加，催化劑性能的下降是不可避免的，其性能下降的程度隨燃料性質(zhì)、煙氣溫度的變化而有所不同。通常是以一定反應(yīng)條件下的反應(yīng)速度常數(shù)來評價催化劑。催化劑的性能隨著使用時間的增加而下降，當(dāng)其性質(zhì)不能滿足設(shè)計要求時，就需要更換催化劑。

7.結(jié)語

近年，國內(nèi)火電機組新投入的脫硝裝置大多數(shù)為選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝技術(shù)。但是，我國目前尚未形成自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，脫硝裝置的設(shè)計、監(jiān)測、調(diào)試、運行、管理等各方面的經(jīng)驗都相對缺乏。因此，在火電廠鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)工藝設(shè)計和運行中，可以借鑒發(fā)達國家取得的經(jīng)驗來進行合理的優(yōu)化設(shè)計。本文詳細(xì)地介紹了SCR法煙氣脫硝法的原理以及系統(tǒng)構(gòu)成和催化劑的性能等，希望使讀者對火電廠的煙氣脫硝技術(shù)有所了解，以便更好地保護和治理大氣環(huán)境問題。

參考文獻

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