燃煤电厂脱硝技术应用综述

赵阳 王一言 郭恒业

摘 要：本文根据燃煤电厂脱硝技术研究进展，介绍了低氮燃烧技术中空气分级燃烧、烟气再循环及低氮燃烧器技术工作原理与各自导致脱硝效率低的缺点，同时分析了烟气脱硝技术中选择性非催化还原或催化还原脱硝的原理，并对影响脱硝效率的因素进行必要阐述。

关键词：燃煤电厂;脱硝技术;还原技术

中图分类号：X773文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）32-0141-02

Summary of Application of Denitration Technology in Coal-fired Power Plants

ZHAO Yang WANG Yiyan GUO Hengye

（School of Mechanical Engineering，North China University of Water Resources and Electrical Power，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Based on the research progress of denitrification technology in coal-fired power plants， this paper introduced the working principles of air staged combustion， flue gas recirculation and low nitrogen burner technology in low nitrogen combustion technology and their respective shortcomings leading to low denitrification efficiency. At the same time， the principle of selective non-catalytic reduction or catalytic reduction denitrification in flue gas denitrification technology was analyzed， and the factors affecting denitrification efficiency were expounded.

Keywords： coal-fired power plant;denitration technology;reduction technology

随着我国经济快速发展，电力需求量持续上涨，燃煤电厂燃煤量明显增加，这导致燃煤电厂NOx排放量逐年增多。据相关数据统计，近十年来燃煤电厂NOx排放量呈几何倍数增长，2015年全国燃煤电厂NOx排放量已达到980万t，预计到2020年，燃煤电厂NOx排放量可能达到1 500万t。从我国对能源的需求来看，燃煤发电在未来一段时间内仍然占据电力生产主要位置，所以对燃煤电厂污染物排放进行控制是治理空气污染的重中之重[1]。

1 燃煤电厂脱硝技术的研究進展

目前，控制氮氧化物排放的技术主要是降低燃烧过程中氮氧化物生产量和减少烟气中氮氧化物排放量，前者主要通过低氮燃烧技术控制氮氧化物生成;后者通过烟气脱硝技术控制氮氧化物排放。近年来，国内外学者对治理污染物排放进行了大量试验和研究，使低氮燃烧技术和烟气脱硝技术越来越成熟，脱硝效率得到了有效提升。一些学者采用双尺度低NOx燃烧改造方案，采用横、纵向空气分级，使低NOx燃烧器和低NOx功能小区相互结合，改造前后炉膛出口NOx浓度从700mg/Nm3降至2 400mg/Nm3[2]。另外，个别研究人员采用SCR脱硝工艺作为机组脱硝技术方案，脱硝率可达80%，氨逃逸率小于3μL·L-1[3]。

2 低氮燃烧技术分析

2.1 空气分级燃烧

通过将燃烧所需空气量分为两级送进炉膛。第一级燃烧区过量空气系数为0.8，燃料先在富燃料条件下燃烧，燃烧温度和速度都逐渐降低，从而抑制热力型NOx的生成;在第二级燃烧区将剩余燃料输入炉膛，使区域变为富氧燃烧区。该方法不适合所有类型锅炉，而且可能造成炉膛结渣和腐蚀，降低锅炉燃烧效率。

2.2 烟气再循环技术

将锅炉尾部低温烟气经过再循环风机回抽入助燃空气中，经过燃烧器直接送入炉膛或者与一、二次风混合后送入炉膛，达到降低燃烧区氧浓度和温度的效果，从而降低NOx生成量。烟气再循环技术能够改善混合燃料燃烧性能，进而防止炉膛结渣。但该技术可能导致不完全燃烧热损失增大，不适应难燃烧类煤种。

2.3 低氮燃烧器技术

低氮燃烧器技术主要分为阶段燃烧器、自身再循环燃烧器、浓淡型燃烧器、混合促进型燃烧器和低NOx预燃室燃烧器。该技术主要通过改变空气与燃料混合比例，达到控制NOx生成量目的。低氮燃烧器结构比普通燃烧器更加复杂，降低燃烧效率较低。新型低氮燃烧器将烟气再循环，并将燃料分级后和空气混合在一起，显著提高脱硝效果，脱硝效率达到50%～70%。

3 烟气脱硝技术

3.1 选择性非催化还原技术（SNCR）

选择性非催化还原技术工作原理是在没有催化剂情况下，在炉内喷入NH3或者尿素等还原剂与高温烟气中的NOx反应生成H2O和N2。反应方程式如式（1）所示。

[4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O]                    （1）

当温度过高时，会发生其他反应，如式（2）所示。

[4NH3+5NO+O2→4N2+6H2O]                    （2）

当温度低于850℃时，反应将不完全，氨的逃逸率也比较高，而且反应后还会生成二次污染物;当温度过高时，NH3被氧化生成NO，同样会对空气造成污染。因此，选择性非催化还原技术问题在于氨利用率不高，导致脱硝效率偏低，所以需要对锅炉内部进行改造，以降低氨逃逸率。

3.2 选择性催化还原技术（SCR）

选择性非催化还原技术的工作原理是通过喷氨格栅将NH3喷入烟道中，利用还原剂，在300～450℃温度下，优先将NOx转化为N2和H2O，反应原理如图1所示，反应方程式如式（3）、式（4）所示。

[4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O]                    （3）

[8NH3+6NO2→7N2+12H2O]                          （4）

與SNCR相比，SCR烟气脱硝效率较高，脱硝率可达90%以上，技术含量高且技术成熟。但影响SCR脱硝效率的因素也有很多，如当烟气量的增加时，会导致脱硝反应器内流入过量烟气，NOx生成量增多而烟气脱硝效率降低，无法达到规定脱硝效率;再如，烟气温度会影响催化反应的进程，催化反应会在一定温度范围内进行，且存在最佳烟气温度使催化效果最好的情况，如在使用V2O5/TiO2催化剂时，烟温升高会使催化剂催化效果增强，烟温达到400℃时，催化剂催化效果最强，能够增强脱硝效率，若烟温继续升高，则会降低催化剂活性，导致脱硝效率变低。另外，若脱硝反应器为垂直布置，烟气会随脱硝系统从上而下流动，烟气飞灰颗粒过大会造成烟气孔道堵塞，影响脱硝系统正常运行;烟气颗粒过大还可能会使催化剂磨损，影响脱硝效率，使氨逃逸率增大。

催化剂结构类型包括波纹式、蜂窝式及平板式。波纹式催化剂活性效果强于蜂窝式和平板式，这对于脱硝系统运行更具实用性，但波纹式催化剂结构体积比其他两种更大，抗磨能力较弱，应对催化剂加以防护。

4 结论

通过本文研究，对燃煤电厂脱硝技术的应用情况进行了比较全面的分析，最终得出如下结论。

①低氮燃烧技术是降低NOx排放的主要技术，空气分级燃烧可能造成炉膛结渣和腐蚀;烟气再循环技术炉内燃烧不稳定，不适应难燃烧的煤种;新型低氮燃烧器利用烟气再循环、燃料分级和空气分级等技术，显著提高脱硝效果，脱硝效率可达到50%～70%。前两种脱氮效率较低，后者脱硝效率较高。

②烟气脱硝技术属于燃烧后降低NOx排放技术，SNCR技术问题在于氨利用率不高，且逃逸率较大，造成脱硝效率低下;SCR烟气脱硝效率较高，能够达到90%以上，但影响SCR脱硝效率的因素也比较多，如烟气流量、烟气温度、烟气飞灰颗粒以及催化剂结构类型等。

参考文献：

[1]刘晓飞.燃煤电厂烟气脱硝技术的应用[D].北京：华北电力大学，2017.

[2]邬文彬.某电厂600MW机组烟气脱硝技术改造方案研究[D].广州：华南理工大学，2016.

[3]范剑明，武新岗.煤粉炉低氮燃烧及烟气脱硝改造设计典型示范[J].环境科学导刊，2017（5）：59-61.