脱硝技术在火电厂中的应用

贺宏天

【摘要】目前，煤炭燃烧是造成大气中的氮氧化物偏多的主要原因，也是大气污染物的主要来源。电力工业每年都会燃烧大量的煤，向大气中排放大量的氮氧化物，对环境造成极大的污染，其中氮氧化物（NOx）是继硫氧化物（SOx）和粉尘之后燃煤电站环保治理的重点对象，因此根据我国环境保护的法律、法规要求，要在燃煤锅炉中加装脱硝装置，所以，脱硝技术在火电厂中的应用一直是大家关注的焦点。目前，烟气脱硝应用较多的是选择性催化还原法（SCR）。本文就针对选择性催化还原法（SCR）在火电厂中的运行经验谈谈自己的看法。

【关键词】火电厂；锅炉；脱硝；氮氧化物

1.引言

随着我国经济的高速发展，电力装机容量也在持续增加。而在所有的发电厂中，火力发电厂占了一半以上，这就促使了煤的用量持续不断增加，排向大气的硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和粉尘也越来越多，大气污染治理迫在眉睫。随着脱硫装置和除尘装置在火电厂中的全面投入。近年，脱硝装置的投入成了硬性指标。脱硝技术的研究也成为了控制氮氧化物排放的重点工作。

2.烟气脱硝技术的类型

脱硝技术也就是控制氮氧化物排放浓度的技术，氮氧化物形成的原理各不相同，其中又以热力型为主。因此为了从源头上控制氮氧化物浓度，首先应考虑炉内的低NOx燃烧技术，通过低NOx燃烧器的燃烧技术和燃烧调整的方法，最终把排放出来的NOx的浓度降低到一半左右。低NOx燃烧技术的初投资和相应的成本较低，运行维护费用也低。在国家规定的NOx排放标准较低时，是比较理想的选择。目前常用的烟气脱硝方法包含：选择性非催化还原法（SNCR）、选择性催化还原法（SCR）和电子束联合脱硫脱硝法。综合考虑成本，低氮+SCR对于大部分300MW及以上火电机组较为适合。另外，根据工程应用情况来看，SNCR的适应性相对较差，且其脱硝效率较低，比SCR相差甚远，因此在国家污染物排放法规越来越严的情况下，SCR已成为绝大多数的选择，我国2015年要求全部电厂排放浓度低于100mg/m3。还原剂无论采用尿素、液氨或氨水中的哪一种，最终都是生成氨气，只是存储、输送系统不同，且三者运输、投资、运行成本和安全要求差异较大，综合来说液氨最经济划算，尿素最安全。

3.选择性催化还原法（SCR）简介

1950年，美国人首先提出SCR（Selective Catalytic Reduction〕的概念。1959年，美国Eegelhard公司，申请了SCR技术的发明专利。1972年，日本开始正式研究和开发。后来日本在该国环保政策的驱动下，成功研制出了现今被广泛使用的V2O5、TiO2等催化剂，并分别在1977年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运用。选择性催化还原法（SCR）是利用催化剂铁、钒、铬、钴、镍及碱金属在温度为200℃～450℃时将NOx还原为N2的一种方法。NH3具有选择性，能与NOx能发生反应，但基本不与O2反应。

4.选择性催化还原法（SCR）的反应原理

目前，我国使用最广泛的就是选择性催化还原法（SCR），其原理就是在反应器入口烟道中喷入氨气，氨气与烟气充分混合后进入装有催化剂的反应器，在催化剂的作用下发生还原反应，实现氮氧化物的脱除，化学反应式如下：

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

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

一般通过使用适当的催化剂，上述反应在200℃～450℃的温度范围内即可进行，而在310°C-420°C的范围内效率最高，锅炉的安全性和经济性上也最好。在NH3/NO=1的情况下，可以达到80～90%的脱硝效率。

5.选择性催化还原法（SCR）系统的组成

SCR系统一般由氨的储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、省煤器旁路、SCR旁路、检测控制系统等组成。液氨从液氨槽车由卸料压缩机送人液氨储槽，再经过蒸发槽蒸发为氨气后通过氨缓冲槽和输送管道进入锅炉区，通过与空气均匀混合后由分布导阀进入SCR反应器内部反应。SCR反应器设置于空气预热器前，氨气在SCR反应器的上方，通过一种特殊的喷雾装置和烟气均匀分布混合，混合后烟气通过反应器内催化剂层进行还原反应。SCR系统设计技术参数主要有反应器入口NOx浓度、反应温度、反应器内还原剂的停留时间、NH3/NOx摩尔比、NH3的逃逸量、SCR系统的脱硝效率等。

6.选择性催化还原法（SCR）催化剂的性能

对催化剂性能影响较大的因素有反应温度、催化剂量、氨的注入量。由于在310℃～420℃，催化剂有最佳活性，通常脱硝反应设定在这个温度范围内。当反应温度不在这个温度范围内时，催化剂的性能将降低，尤其是在高温区域使用时，由于过热促使催化剂的表面被烧结，使催化剂寿命降低。在电厂实际运行中，随着使用时间的增加，催化剂性能的下降是不可避免的，其性能下降的程度随燃料性质、烟气温度的变化而有所不同。通常是以一定反应条件下的反应速度常数来评价催化剂。催化剂的性能随着使用时间的增加而下降，当其性质不能满足设计要求时，就需要更换催化剂。

7.结语

近年，国内火电机组新投入的脱硝装置大多数为选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术。但是，我国目前尚未形成自主知识产权的技术，脱硝装置的设计、监测、调试、运行、管理等各方面的经验都相对缺乏。因此，在火电厂锅炉SCR烟气脱硝系统工艺设计和运行中，可以借鉴发达国家取得的经验来进行合理的优化设计。本文详细地介绍了SCR法烟气脱硝法的原理以及系统构成和催化剂的性能等，希望使读者对火电厂的烟氣脱硝技术有所了解，以便更好地保护和治理大气环境问题。

参考文献

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