火电企业脱硝技术改造展望

黄重德

摘要：为了构建环境友好型社会，国家不断提高环保的标准，加大了对气体排污的治理力度。目前火电厂氮氧化物的排放控制也需加强。新建300MW以上机组均同步安装脱硝装置，原有的机组中，北京、广州等地火电机组完成了脱硝改造，国内别的地方纷纷响应号召，进行机组的脱硝改造。本文旨在对脱硝技改进行展望，以期运用到实际工作中。

關键词：火电企业 脱硝技改 低氮燃烧 选择性催化还原

0 引言

氮氧化物作为火电排放废气的主要组成物之一，严重破坏了我们的环境——形成硝酸型酸雨、破坏臭氧层等。随着排污制度的进一步执行，对于锅炉NOx的排放控制日趋严格。与此同时，专门征收的NOx排污费已经展开，电厂为此花费大笔资金。因此，不管是新建火电机组还是老机组的升级改造，都要求NOx排放必须大大降低，以解决当前火电企业面临的窘境。

1 脱硝技术概述

火电机组在生产中产生氮氧化物的方式主要有两种：一种是热力型NOx，即空气中自带的氮鼓入锅炉时，与氧反应的氮氧化物；另一种是燃料型NOx，即煤炭中含有的氮化合物在高温下反应生成的氮氧化物。由于火电企业使用煤炭，机组在生产过程中产生的氮氧化物绝大部分是燃料型NOx，热力型NOx只占小部分。

根据燃煤机组在燃烧前、燃烧中、燃烧后生成的氮氧化物，控制其排放的措施可分为三类。这其中燃烧前脱氮成本过高，实际在企业中应用很少。燃烧中脱氮和燃烧后脱氮是目前应用较广泛的方法。燃烧中脱氮即低氮燃烧技术，燃烧后脱氮即烟气脱硝技术。

2 低氮燃烧技术

早在20世纪50年代国外就开始研究控制和降低燃烧过程中NOx的生成。如德国和日本等，他们比较广泛的一种做法是，利用低氮燃烧在前期减少一半以上的NOx生成，剩余的NOx排入脱硝装置后再进行烟气脱硝。这种处理技术的特点是工艺成熟、投资和运行成本低。总结起来，火电企业常用的低氮燃烧技术有以下几种：

2.1 低过量空气燃烧

燃料种类、燃烧方式和排渣方式的改变是低过量空气燃烧抑制NOx产生的主要途径。这种模式不需改动燃烧装置的构造，并且在降低NOx排放的同时，一定程度上提高了装置运行的经济型。这种优化燃烧、降低氮氧化物生产量的方式比较简单。缺点是：总的降低幅度有限；并且在过量空气系数降低过多时，可能造成气温特性变化、受热面粘结渣质及飞灰可燃物增加而导致的经济性下降。

2.2 低氮燃烧器

低氮燃烧器主要工作原理是在锅炉出口控制空气进气量，达到分级送风，抑制热力型NOx的生成；并将空气与燃料合理配比，以阻止燃料中的氮在高温中反应生成NOx。这种工作模式可以同时保持较高的燃烧效率。目前，大多新的锅炉均自带有低氮燃烧器，并随着技术不断进步这种低氮燃烧器也不断地进行着改进和优化。

2.3 空气分级燃烧

老式燃烧方式是将煤粉和空气一次性共同送入锅炉燃烧，它的优点是煤粉能与空气混合充分，燃烧强度大、温度高，它的缺点也很明显，附带产生的NOx含量高。新型空气分级燃烧技术是通过控制送入燃烧所需空气量，逐级与煤粉混合，以控制煤粉颗粒在燃烧初期处于低氧燃烧的状态，减少NOx生成的化学条件，达到控制氮氧化物含量的目的。空气分级燃烧技术有两种：垂直分级、水平分级。

垂直分级模式——从主燃烧器中分离出一部分燃烧空气，将其从燃烧器上部送入炉膛，这部分燃烧空气即燃尽风（OFA）。根据燃尽风装置安设位置的不同，又分为紧凑型OFA、分离型OFA。

水平分级模式——通过偏转二次风的喷射角，让其与一次风形成大小不同的切圆，利用这种方式形成一定程度的空气分级，延长了二次风与一次风混合的时间。

2.4 燃料分级燃烧

燃料分级燃烧是将燃料分区投入燃烧，整个燃烧被分成三个区域：主燃烧区、再燃烧区和燃尽区。主燃烧区是将主燃料投入欠氧或弱还原性环境下燃烧，这个过程产生较多NOx；再燃烧区是将二次燃料送入还原性环境下，把主燃烧区产生的NOx还原成N2，因此，再燃烧区也称还原区。在还原区上方是燃尽区，该区域通过灌入少量空气使再燃区投入的燃料得到完全燃烧。

2.5 烟气再循环技术

利用燃烧后形成的烟气本身含氧低、温度低的特性，将其从省煤器出口处抽出部分，混入二次风或一次风中，喷入锅炉适当位置，达到降低局部温度以形成还原性环境，从而减少NOx的含量。

为取得较好的脱硝效果，企业在实际生产中，大多是将两个或三个上述方法一同采用。

3 烟气脱硝技术

烟气脱硝是目前世界上发达国家普遍采用的降低氮氧化物排放的方法，烟气脱硝能达到很高的NOx脱除效率。

3.1 选择性催化还原技术

选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction，SCR）是在烟气中加入氨，利用催化剂让氨与NOx发生反应，从而减少NOx的含量。目前该法已成为电站脱硝的主流技术，国内大型火电机组大多采用SCR工艺。SCR技术中，根据反应器布置的方式不同分为：高含尘工艺和低含尘工艺。

高含尘SCR工艺是在锅炉省煤器后和空气预热器之前设置脱硝反应器。优点是：投资较低。缺点是：有时旧厂改造由于场地限制不能使用、催化剂容易堵塞以及加剧了空气预热器的堵塞和腐蚀（由副反应引发）。

低含尘SCR工艺是在静电除尘器和脱硫装置之后设置脱硝反应塔。该工艺在低粉尘、低酸的环境中运行，催化剂能延长使用寿命，同时加装燃烧器或者蒸汽加热器，才满足催化剂运行温度，故而该工艺成本较高。

3.2 选择性非催化还原技术

选择性非催化还原技术（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）是向炉膛内注入NH3或尿素等还原剂，与NOx反应，从而减少NOx的含量。

SNCR技术早在20世纪50年代已在日本展开了大规模应用，是一种比较成熟的技术，具有建设周期短、投资少、脱硝效率中等的特点，中小型电厂的改造较适合。

3.3 混合SNCR-SCR脱硝技术

混合SNCR-SCR脱硝技术既结合了SCR的效率高效，又具有SNCR投资少的特点，是一种新型工艺。它具有两个反应区：第一个反应区——炉膛，在高温条件下，利用设置在锅炉炉墙上的喷射系统，将还原剂喷入其中，还原剂与NOx发生非催化还原反应，达到初步脱氮；第二个反应区——反应器，将之前未反应完的还原剂进入其中，利用混合工艺进一步脱氮。

4 结论

在我国经济发展到当前水平，人民呼唤一个更友好的环境。控制污染源的排放，保护环境是每个企业必须承担的责任。根据企业自身特点，在火电企业选用合适的低氮燃烧技术、烟气脱硝技术，对火电企业进行整体的脱硝改造，可将烟气脱硝效率控制在65%以上，符合我们当前环保生产的需求，有利于企业长期的经营发展。

参考文献：

[1]岑可法，姚强，骆仲泱，高翔.燃烧理论与污染控制[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]张强.燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3]孙克勤，钟秦.火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[4]GB 13223-2003《火电厂大气污染排放标准》[S].