燃煤电厂烟气脱硝SCR技术还原剂选择的分析

2018-05-17 10:58席磊

中国资源综合利用 2018年3期

席磊

（内蒙古华云新材料有限公司，内蒙古包头 014036）

氮和氧在高温条件下容易发生反应，形成氮氧化合物，这是重要的空气污染物之一。目前，对氮氧化合物的控制通常从产生控制和形成后消除两方面入手，即炉内控制和生成后消除两种技术。炉内技术通常采用控制炉内燃烧温度的方式，抑制氧元素和氮元素的相互反应，降低氮氧化合物的生成率。而氮氧化合物生成后则往往采用利用触媒还原的方式将排放物中的氮氧化合物转化为无害的氮气和水，从而实现有害物质的清除。

1 常用的脱硝技术

氮氧化合物的炉内控制技术成本相对较低，因此，炉内控制技术在火电厂内的应用已经普及。但随着环保标准的不断提高，单独采用炉内控制的方式已经难以达到相关环保标准。因此，氮氧化合物产生后的清除设备在电厂中逐渐得到应用。如今通常采用的技术有SCR和SNCR（选择性非催化还原技术）两种。但是，SCNR的氮氧化合物清除效果较差，难以满足应用需求，目前应用较多的还是SCR脱硝设备[1]。

2 SCR脱硝技术的介绍

SCR技术是在适当温度下，利用氨或者尿素等还原剂将氮氧化合物中的氮还原成氮气。在加入催化剂的环境下，将氮氧化合物转化为氮气和水，需要在超过850℃的高温环境下进行。当加入催化剂后，反应需要的温度大大降低，只需300～400℃即可，锅炉省煤器和空气预热器之间的烟气温度即可满足要求。在氮氧化合物和氧气同时存在的情况下，氨会和氮氧化合物优先反应，从而降低氨的损耗。在反应过程中，当氮氧化合物和氨的浓度不高时，反应速度较慢。在温度适宜的情况下，确保足够的反应时间，可以更好地保证氮氧化合物的去除效果。

需要注意的是，在氮氧化合物和氨发生还原反应的同时，氧气和氨的氧化反应也在进行，这就导致氨的额外损耗，氮氧化合物的反应效率也会受到影响。氧化反随着系统温度的升高而加快。烟道几何外形、系统压力变化、烟气成分浓度以及系统温度等外部因素和生产环境的变化都会影响SCR系统的运行效果[2]。

3 SCR还原剂概述

SCR的还原剂主要有氨水、无水氨和尿素三种。高浓度的氨毒性较高，具有可燃性，因此，氨通常被认定为一种危险品，需要按照标准，采取必要的安全措施进行运输和存放，并且氨的存放设备往往要求比较严格。例如，无水氨需要以液氨的形式在压力容器中储存，在使用前需要进行气化。在实际应用过程中，在满足设计要求并按照安全流程操作的情况下，无水氨也可以安全使用。此外，氨还可以采用氨水的形式进行使用，其浓度通常为25%左右。由于氨水中氨气的排放较少，对外界环境影响较小，对人员的危害性较低，其安全性较高。在SCR系统中，无水氨和氨水都可以使用，但其使用需要根据当地的安全规定和实际应用环境综合考虑。氨水安全性较高，但将氨气溶解在水中，本身质量和体积都大大增加，其运输成本和仓储成本都大大提高。在使用前，需将氨水中的水分蒸发，这个过程也需要消耗大量能量，同时，使用氨水时还需液泵系统提供动力，可见，使用氨水的附加成本较高。而无水氨的存储空间和运输成本都相对较低，但是其危险性较高，不适用于人员较为密集的地区。以上三种还原剂反应消耗比例为液氨/氨水/尿素=1/4/1.9。无水氨和尿素是目前最为常用的还原剂。

此外，尿素也被当作一种新型的还原剂进行使用，而且液态的尿素比较稳定，安全性较高。与无水氨相比，尿素在和氮氧化合物反应过程中，氨的逃逸较低，但反应需要更高的氨浓度，才能达到相同的效果，造成成本升高，同时尿素氧化过程中会产生温室气体[3]。不同还原剂的优缺点和应用场合如表1所示。