燃煤锅炉烟气脱硝技术研究

王保华

（郑州中能冶金技术有限公司，河南 郑州450000）

近年来，随着我国社会和经济的飞速发展，环境污染日益严重。尤其是氮氧化物（NOX）污染，已经成为一个相当严峻的全球性问题。据统计，我国67%的NOX排放量来自于煤炭燃烧，其中50%以上为发电及供暖锅炉燃烧所排放。据中国环境规划院的研究预测，NOX的排放量将从1995年的1.11×107t增加到2010年的2.15×107t，到2020年和2030年，全国能源消费导致的NOX排放总量将分别达到2.4×107t～2.9×107t和3.2×107t～4.3×107t，到2020年前后将超过美国成为世界第一大NOX排放国。根据《国家环境保护“十二五”规划》的要求，到2015年NOX排放总量将比2010年减少10个百分点。因此，NOX的排放控制迫在眉睫。

1 烟气脱硝技术概况

我国对烟气脱硝的研究始于20世纪80年代，主要应用于电厂锅炉的烟气脱硝。对烟气进行脱硝处理的方法很多，一般可分为干法、半干法和湿法脱硝三大类。其中，干法又可分为选择性非催化还原法（SNCR）、选择性催化还原法（SCR）、高能电子活化氧化法、电子束照法、碳热还原法、光催化法等；半干法分为催化氧化法、活性炭吸附法、吸收法等；湿法分为水吸收法、酸吸收法、碱吸收法、络合吸收法等。

2 烟气脱硝技术主要特点

2.1 干法脱硝

脱硝效率高，工艺流程简单，操作稳定，易于控制，设备运行可靠。

2.2 半干法脱硝

工艺复杂，脱硝成本高，设备运行不稳定，吸收剂来源有局限性。

2.3 湿法脱硝

脱硝效率低，操作繁琐，吸收剂消耗量大，运行费用高，易造成二次污染。

3 常用脱硝技术

在干法、半干法和湿法三类烟气脱硝法中，干法应用更为普遍。主要原因是干法脱硝的工艺流程简单、脱硝效率高（可达95%以上），无须供水和进行废水处理。就干法脱硝而言，方法也很多，已实际应用的有十余种，其中应用最广的脱硝方法首推选择性非催化还原法（SNCR）及选择性催化还原法（SCR）。

3.1 SNCR脱硝技术

SNCR脱硝技术是将NH3与NOX混合，并高温加热，促使其发生化学反应，利用NH3的还原性把NOX还原为N2和H2O。其脱硝反应原理如下：

4NH3+4NO+O24N2+6H2O

4NH3+2NO2+O23N2+6H2O

3.1.1 燃煤锅炉SNCR脱硝方案

SNCR脱硝工艺在锅炉上的传统应用为，将氨或尿素作为还原剂直接喷入炉膛1000℃左右的区域，把炉膛作为SNCR脱硝反应器，利用高温将NOX还原。

3.1.2 SNCR设备组成

其工艺流程简单，由还原剂贮槽、还原剂多层喷入装置和配套的控制仪表等组成。

3.2 SCR脱硝技术

SCR烟气脱硝技术本质上是，在一定温度条件、催化剂的作用下，NOX被NH3还原成对大气无害的N2和H2O。其脱硝反应原理如下：

NO+NO2+2NH32N2+3H2O

3.2.1 催化剂

催化剂是SCR脱硝工艺的核心技术，根据烟气温度、流速、空间、含尘量、灰的磨损性等，选用不同性能的催化剂。催化剂由活性物质及载体组成，有的还加入成型剂和造孔物质，制成需要的形状和孔结构。常用的SCR催化剂一般使用以TiO2为载体的V2O5/WO3及MoO3等金属氧化物，反应温度为280～450℃，载体的形状有网状、球状、片状、柱状、波纹式、蜂窝式等。新型催化剂效率更高，尤其是MnOX-CoOX（CeOX）/TiO2等新型低温蜂窝催化剂，可将SCR烟气脱硝温度降至120℃以下。

3.2.2 燃煤锅炉SCR脱硝方案

电厂及工业锅炉安装SCR脱硝装置，一般有三种方式：

①高温高尘式，SCR设置在锅炉烟气出口与空气预热器之间；

②高温低尘式，SCR设置在高温电除尘器之后；

③低温低尘式，SCR设置在省煤器尾部烟道出口之后。

根据以上三种不同的方案，SCR的运行工况条件也有所不同。高温高尘式，反应温度高，催化剂活性好，但是催化剂处于浓尘中，易堵塞、中毒、失去活性，缩短催化剂寿命；高温低尘式，不利于节能降耗及维护操作；低温低尘式，不但无飞灰堵塞，而且采用新型低温催化剂不消耗动力，可降低热污染，其工艺流程见图1。

3.2.3 SCR设备组成

脱硝装置主要由氨存储供应系统、SCR反应器及仪表控制系统三大部分组成。

图1 低温低尘式SCR脱硝工艺流程

4 SNCR与SCR的比较

SNCR法不用催化剂，脱硝效率低，一般不超过60%，而且还原剂消耗量大，需要较高的NH3/NOX比值。其反应温度高，受温度影响较大，需要准确控制反应区内的温度。若温度过低，脱硝转化率降低；温度过高，则引起NH3的氧化，产生多余的NOX，并且运行成本较高。

SCR法脱硝效率高，可达95%以上，满足未来更严格的环保标准，具有无须更换设备、提高脱硝效率的环境效益优势。与SNCR法相比，其还原剂消耗量较小，NH3/NOX比值一般不大于1。新型低温SCR催化剂可在较低温度下发生反应，无须加热装置，降低了动力消耗，设备运行稳定可靠，操作维护简单，运行成本相对较低。

综上所述，低温型SCR烟气脱硝技术，以其低温、低尘、低中毒、低成本、高寿命的优点，领先于其他烟气脱硝技术，符合企业在追求环境效益的同时追求低投入、低消耗的期望，完全符合可持续发展之路。因此，不难看出低温型SCR烟气脱硝技术是一项具有深远发展潜力的烟气净化技术，不仅在火电厂和工业锅炉有巨大作用，还将在焦化厂、玻璃窑厂、垃圾焚烧厂、炼油厂、水泥厂、钢铁厂、硅铁厂等工业领域得到进一步应用。

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