火力发电厂脱硝技术及应用

李博

【摘 要】氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，其中的NO 和NO2 是重要的大气污染物，NOx 大多数来自于煤炭的直接燃烧。本文介绍了火电厂脱硝技术，阐述了控制NOx 排放的技术，分析了脱硝技术对锅炉运行的运行影响，提出了管理措施，并展望了未来的脱硝技术发展趋势。

【关键词】脱硝；火力发电厂；NOx；技术

随着我国火力发电厂的快速发展，氮氧化物的排放量上升，加重了其对环境的污染。氮氧化物是大气中主要污染物之一，其中NO和NO2是空气污染物的主要因素，这些物质使人较难抵抗呼吸系统疾病，会造成人体的肺部发育受损，同时也是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。由于火力发电厂用煤炭燃烧的方式来进行发电，就会有燃煤烟气中的氮氧化物污染环境。脱硝方法可以有效控制污染物的生成，此种方法从技术上讲分为燃烧前、燃烧中、燃烧后三种，主要原理是在烟气中喷入氨，氨与NO发生反应，减少烟气中NO的含量，从而达到脱硝的目的。主要原则就是降低氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；降低燃烧温度，防止产生局部高温区；缩短烟气在高温区的停留时间等。因此，采用烟气脱硝技术对氮氧化物污染物进行治理是我们必须研究的课题。

1 烟气脱硝技术

1.1 炉膛喷射法

向炉膛喷射还原性物质，可在一定温度条件下达到降低 NOx 的排放量的目的。在无催化剂存在条件下向炉内喷入还原剂氨或尿素，将NOx 还原为N2和H2O，温度要控制在在980℃左右，如果温度过高时或生成NO，如果温度过低时，反应速度又会减慢。由于温度随锅炉负荷变化回出现锅炉中NOx 浓度的不规则性，该工艺在同等脱硝率的情况下，NH3耗量要高于SCR 工艺，从而使 NH3的逃逸量增加。

1.2 烟气处理法

在众多烟气处理技术中，液体吸收法的净化效果差；吸附法虽然脱硝效率高，但是对于设备过高；液膜法和微生物法还有待于验证；脉冲电晕法可以同时脱硫脱硝，但很多难题有待于解决，并且有待实际工程应用检验；SNCR 法氨法会影响锅炉运行的稳定性和安全性。

1.3 固体吸附法

吸附法适用于小规模排放源可行，具有耗资少，设备简单，易于再生的特点。而且脱除率较高，但是由于消耗大量的氧化剂和吸收剂，吸收产物常常会造成二次污染。

1.4 联合脱硝法

SCR脱硝法效率高，但是投资大，运行费用高， SNCR/SCR联合脱硝法先采用投资少的SNCR法脱去烟气中大部份NOx，再采用脱硝效率高的SCR法去除余下的NOx。联合脱硝技术可以降低催化剂反应器尺寸，减少了SCR系统投资。

1.5 SCR 法技术

脱硝效率最为成熟的技术是SCR 技术，烟气脱硝技术在催化剂作用下，使NO 直接分解为N2和O2。主要的催化剂类型不复杂，容易掌握，而且不需耗费氨，无二次污染，而且催化活性易被抑制，操作效率较高，操作技术已工业化。

1.5.1 反应器布置方式

按照布置方法可分为“高飞灰” 或“低飞灰” 脱硝，高尘布置烟气温度高，满足了催化剂反应要求。低尘布置时，烟气中的飞灰含量大幅降低，运行费用增加。

1.5.2 SCR 布置方式

在 SCR 系统设计中烟气温度是选择催化剂的重要运行参数，它直接影响反应的进程，所以需要设计合理的流速以保证 NH3 与 NOx 充分混合，氧浓度一般控制在 3%～4%。

1.5.3 催化剂和还原剂的选择

SCR 系统中应用较多的有蜂窝式、波纹状和平板式等。这些催化剂的加工工艺简单，效果好。还原剂中目前应用较多的是尿素、氨水和纯氨。尿素法是先将颗粒完全溶解，然后将溶液泵送到水解槽中，将溶液加热至反应温度后与水反应生成氨气；氨水法是通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽；纯氨法是将加热成氨气，然后空气混合成氨气体积含量为10%的混合气体后送入烟气系统。

2 脱硝改造技术对锅炉运行的影响及运行优化

2.1 对锅炉的影响

2.1.1 燃烧器改造带来的影响

低氮燃烧器改造后，造成炉膛出口烟温升高和煤粉缺氧燃烧，炉内煤粉燃烧过程拉长，导致炉膛上部过热器结焦、积灰现象严重。

2.1.2 加装SCR对锅炉运行带来的影响

SCR脱硝装置需要安装反应器，这样就会使锅炉的散热损失和锅炉烟气侧阻力增加，增加了引风机的功率和电耗，导致运行成本加大。同时为保证烟囱出口NOx不超标，运行人员采取开大燃尽风等措施来减少炉膛氧量，以使SCR进口NOx不超规定值，这样的调节会造成炉内结焦的加剧，影响到锅炉的安全运行。

2.1.3 NH3逃逸对下游设备的影响

脱硝的反应后会有少量的NH3逃逸出反应器；催化剂的氧化将烟气中的部分SO2氧化为SO3。二者发生反应后生成NH3化合物NH4HSO4与（NH4）2SO4，在空气预热器换热管上冷凝析出晶体物质，加大了空预器的换热阻力和堵塞、腐蚀的风险。

2.2 运行管理及优化建议

（1）将炉氧量控制在3～4%之间，以控制炉膛出口NOx排放量不超400mg/Nm。上层燃尽风应全开，下层燃尽风视情况开30-40%。一次风速根据给粉机转速来定，二次风要加强燃烧等作用，在实际运行中，二次风总门的开度在45～50%之间。（2）防止结焦、和积灰加剧的措施。在煤种掺烧和煤中添加除焦剂，在保证NOx不超标的情况下，适当的增大炉膛出口氧量，以减少系统的运行时间。（3）氨逃逸的解决。及时测量运行时反应器出口的NOx分布，调整阀门进行，以保证NOx和NH3的出量均匀，SCR进口烟气温度在340～450℃之间。

在以上脱硝技术方法中，各种低氮燃烧技术均涉及炉膛燃烧的安全问题或效率问题，例如：此项技术脱硝效率低，净化效果差，设备过于庞大，再生频繁，微生物法新型的技术问题需要解决。所以探索微生物法处理污染物是一个自然的过程，该技术能够有效地降低氮氧化物的排放浓度，也可以进行低氮燃烧改造，同时也兼顾了效率和造价均中等的技术工艺。

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[责任编辑：薛俊歌]