浅谈SCR和SNCR在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用

朱健

摘 要：SCR和SNCR是目前锅炉脱硝采用的主要工艺，各自具有其优缺点。SCR脱硝效率高，但是结构复杂，建设及运行费用较高，对锅炉空气预热器有影响，且环境风险较大；SNCR结构简单，建设及后期费用较低，但是脱硝效率低。分析比较了SCR和SNCR的原理和优缺点，给出在实际环评工作及环境管理中如何选择的建议。应结合项目实际情况综合考虑其投资、工程量、脱硝效率、操作可行性等因素，不能以偏概全的只追求脱硝效率或者只追求节省投资，而忽略了脱硝工程的可行性及稳定性。

关键词：锅炉 SCR SNCR 脱硝 环保

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0108-02

近几年，随着国民经济的飞速发展，人民群众对于环境保护的认识不断提高，环境保护工作逐渐被推上了舆论的风口浪尖。特别是近年愈演愈烈的大气雾霾关注，将群众对环境空气的污染治理视为重中之重。而在各种环境空气污染源中，燃煤锅炉扮演了重要角色，燃煤燃烧过程会产生SO2、NOX和烟尘等污染物，在锅炉烟气的治理研究方面，SO2和烟尘起步较早，目前也已经发展的较为成熟完善。而NOX治理起步相对较晚，目前采取的治理工艺通常为炉内控制+炉外脱硝处理。炉内控制方法相对单一，通常采用低氮燃烧的方式，其原理是改变传统的锅炉燃烧方式，包括降低锅炉燃烧温度、降低氧浓度、炉膛内设立再燃区等，一般在锅炉安装时由锅炉制造厂家一并设计提供。但是低氮燃烧方式脱氮效率较低，绝大多数锅炉生产厂家提供的低氮燃烧技术通常只能将NOX浓度控制在300 mg/Nm3（以NO2计）以内。而目前国家关于燃煤锅炉NOX控制标准愈加严格，部分省份也出台了更加严格的排放标准，如《山东省火电厂大气污染物排放标准》（DB37/664-2013）中就规定，重点控制地区燃煤锅炉NOX排放标准为100 mg/Nm3，这就要求对锅炉烟气进行炉外脱硝，也就是加装烟气净化装置，通常采用的脱硝方式有SCR和SNCR。但是如何选择往往成为环境影响评价及环境管理工作中一个难题。下面该研究者将结合多年的环保工作经验，对SCR和SNCR各自的工艺原理、优缺点进行分析比较，以供参考。

1 SCR原理及特点

1.1 工艺原理

SCR，全称Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法脱硝技术，是目前国际上广泛应用的烟气脱硝技术，国内外很多大型燃煤电厂基本都应用此技术。其反应原理为：向温度约280～420 ℃的烟气中喷入NH3，NH3与烟气均匀混合后一起通过一个填充了催化剂（如V2O5-TiO2）的反应器，在催化剂作用下，将NOX还原成无害的N2和H2O。

其中反应（3）、（4）是主要反应，因为NO化学性质不稳定，极易被O2转化为NO2，这也是NOX浓度通常以NO2计的主要原因。

1.2 工艺特点

该方法有优缺点如下：

1.2.1优点

（1）脱硝效率高，通常可达70%～90%，甚至有的厂家可达到95%。

（2）由于催化剂的作用，其反应温度较低，通常280～420℃可达最佳反应温度。

1.2.2缺点

（1）既然是催化还原，必然需要使用催化剂，催化剂长时间使用会由于烟气中的微量杂质（如碱金属杂质钾）覆盖表面而失去活性，因此一般三年左右换一次，运行费用高①。

（2）由于催化剂的存在，反应中易发生副反应，将SO2与NH3反应生成NH4HSO4，反应方程式如下：

2SO2+2NH3+2H2O+O2——2NH4HSO4

NH4HSO4很容易对空气预热器进行粘污，对空气预热器影响很大，需定期维护空气预热器②。

（3）需要单独建设催化反應器，占地面积达，工程结构复杂，投资高。

（4）需要使用纯NH3作为还原剂，纯NH3获取方法常见有两种，一种是配套建设尿素制NH3装置，工艺安全性较好，但是工艺复杂③；另外一种是直接购买纯液氨。前者另外单独建设一套装置，工艺复杂，投资较大；后者来源简单，只需配套一个液氨储罐，但是液氨属于危险化学品，存在较大的环境风险。

2 SCR原理及特点

2.1 工艺原理

SNCR，全称Selective Non-Catalytic Reduction，选择性非催化还原法脱硝技术，是另外一种广泛应用的锅炉烟气脱硝技术。其反应原理为：在无催化剂的作用下，在温度为850℃～1 100℃的范围内，向烟气中喷入还原剂将烟气中NOX的还原为无害的N2和H2O。还原剂常见的氨水、尿素等。

2.2 工艺特点

该方法有优缺点如下：

2.2.1 优点

（1）系统简单，不需要催化剂，不需要建设单独的催化反应器，无催化剂损耗，运行费用低。

（2）不存在SO2与NH3反应生成NH4HSO4的转化，对锅炉设备损害较小，易于维护。

（3）可以采用氨水或者尿素为还原剂，相对于以纯NH3作为还原剂的SCR，其系统相对简单，环境风险小。

（4）投资低，占地面积小，改造方便。

2.2.2 缺点

（1）脱硝效率低，通常为30%～60%，好一点的可以达到70%。

（2）由于不使用催化剂，其反应过程对于温度要求较高（850℃～1 100℃），不利于炉内低氮燃烧技术的使用。同时对于烟气流速要求不宜过大，过大会导致接触时间短，效率降低。

综上所述，可以将SCR和SNCR各自特点比较如表1所示。

3 案例分析

鉴于SCR和SNCR的优缺点比较，在实际的环境影响评价和环境管理中，笔者建议根据项目实际情况决定选择何种脱硝工艺。举个实际案例说明。

山东东部某地一大型燃煤热电厂，建厂较早，除发电外还承担着该城市的工业用汽和城市供暖任务。由于新的排放标准的执行，现有的燃煤锅炉已经无法满足NOX排放标准，因此决定进行脱硝改造。

改造之初，企业优先想采用处理效率较高的SCR，但是由于建厂较早，厂区位于现状城市建成区内，周边人口密集，用地较为紧张，厂区可用空间有限，改造较为困难；同时考虑到如果采用SCR工艺，以液氨为还原剂，需要建设20m3的液氨储罐，而根据《危险化学品重大危险源识别》（GB182182009），液氨临界量为10t，届时会构成重大危险源，环境风险要求较高。因此经过环评分析论证，最终采用更加符合实际改造条件的SNCR工艺，同时对锅炉燃烧方式进行改造，采取比较高效的低氮燃烧方式，控制NOX的产生浓度，同时加强运行管理，控制SNCR的处理效率，最终达到《山东省火电厂大气污染物排放标准》（DB37/664-2013）中规定的重点控制地区燃煤锅炉NOX100mg/Nm3排放标准要求。

对于新建项目或者条件允许的其他项目，该研究者建议还是优先推荐选用SCR脱硝工艺或者SCR+SNCR的联合脱硝工艺。毕竟SNCR工艺脱硝效率低，稳定达标可靠性较低，建成后对于日常环境管理压力较大。最终具体该选用何种脱硝工艺，还是得根据项目实际情况考虑确定。

4 结语

在实际选择脱硝工艺时，应结合项目实际情况综合考虑其投资、工程量、脱硝效率、操作可行性等因素，不能以偏概全的只追求脱硝效率或者只追求节省投资，而忽略了脱硝工程的可行性及稳定性。

参考文献

[1] 姜烨，张涌新，吴卫红，等.中国电机工程学报，2014，24（23）.

[2] 马双忱，金鑫，孙云雪，等.热力发电，2010，39（8）.

[3] 王琦.中国高新技术企业，2012（22）.