烟气脱硝工艺的选择

宋宗文

摘 要：近年来我国空气污染日趋严重，极端恶劣气候频繁出现。我国的能源特点造成火电厂主要以燃煤为主，其烟气脱硝越来越受到重视。目前，世界各国开发的烟气脱硝工艺种类繁多，各种脱硝工艺优缺点不同，不同火电厂又存在其自身特点，因此脱硝工艺的选择具有很强的现实意义。

关键词：烟气脱硝；工艺选择

1 前言

NOx水溶性和活性都较差，因此其治理难度大，技术要求高，烟气脱硝技术种类较多，大致包括四大类。第一，按脱硝机理不同分为：传统NOx治理技术和等离子体过程NOx治理技术。第二，按脱硝作用原理不同分为：催化还原、吸收和吸附三大类。第三，按脱硝工作介质不同分为：干法和湿法两大类。第四，按NOx产生前后分为：燃料脱硝（燃烧前脱硝）、燃料中脱硝和烟气脱硝（燃烧后脱硝）。

2 烟气脱硝工艺的选择

目前控制NOx排放的措施大致分为三类，第一类是低NOx燃烧技术，通过各种技术手段，抑制或还原燃烧过程中生成的NOx，来降低NOx排放；第二类是炉膛喷射脱硝技术；第三类是烟气净化技术，烟气净化技术包括湿法脱氮技术和干法脱氮技术。

2.1 选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺

催化剂种类决定了采用选择性催化还原法脱硝的反应温度，因此，决定了催化剂室在尾部烟道中的布置位置，或者说催化剂室决定了催化剂的种类。该方法的NOx脱除率能达到90%以上，因此，在环境保护方面，具有相当好的应用前景。由催化剂反应器、催化剂、氨储存及制备区和氨喷射称为系统选择性催化剂脱硝法的系统主要组成部分。催化剂反应器可以布置在锅炉烟道中的三个位置：布置在锅炉省煤器后、空气预热器前，此部位温度约为350℃左右（简称前置式布置）。因此位置的环境温度适合于大多数催化剂的工作温度，所以被广泛应用。但也因为此处烟气灰分较多，容易造成催化剂宜中毒、烧结、催化剂内部烟道堵塞及反应器磨损等。

目前电厂采用得最多的布置方式是前置式布置。选择性催化脱硝法（SCR）技术的特点如下：（1）烟气脱硝效率高，可达90%以上。（2）反应温度较SNCR低，可选择的催化剂种类较多。（3）反应器一般布置在省煤器和空气预热器之间，也可布置在FGD后端。（4）烟气中含有大量的SO2，催化剂可使部分SO2氧化，生成较难处理的SO3，并可能与泄漏的氨生成腐蚀性很强的硫酸铵（或者硫酸氢铵）盐物质，因而容易腐蚀后续的空气预热器，因此要求较低的氨逃逸率和SO2/SO3转化率。（5）氨逃逸较小，一般控制在3～5ppm，SO2/SO3转化率一般不大于1%，可有效控制硫酸铵（或者硫酸氢铵）的生成。

2.2 选择性非催化还原法（SNCR）脱硝工艺

炉膛喷射脱硝的本质是在在一定的温度条件下，在炉膛上部喷射某种物质，使其还原已经生成的NOx，从而降低NOx的排放量。它包括喷水、喷二次燃料和喷氨等，其中喷水和二次燃料的方法还存在未解决的问题，即如何将NO氧化为NO2和解决非选择性反应，目前这两种技术还不成熟。喷氨（或尿素）法是一种选择性降低NOx排放量的方法（因喷入的氨只与烟气中的NOx发生反应，而不与烟气中的其他成分反应），当不采用催化剂时，NH3还原NOx的反应只能在950～1050℃这一狭窄的温度范围内进行。因此这种方法又称为选择性非催化脱硝法（SNCR）。氨的喷入点一般选择在炉膛上部烟风道入口处。

NCR脱硝技术特点如下：（1）其脱硝效率一般被限制在20%～40%之间，如再进一步增加脱硝效率，氨逃逸率会大幅度加大，对下游设备造成影响，并可能造成二次污染。（2）不使用催化剂，氨气和烟气中的NOx在炉膛中直接反应。（3）SNCR反应温度窗口比较窄，如锅炉运行工况变动或煤种变化，都会造成烟气温度窗口的变动，因此对于选择合适的反应温度区域比较困难；为了满足反应温度的要求，喷氨控制的要求很高。喷氨控制成了SNCR的技术关键，也是限制SNCR脱硝效率和运行的稳定性，可靠性的最大障碍，喷氨量少则无法达到预期的脱除NOx的效果，但氨量过大，将在尾部受热产生硫酸铵，从而堵塞并腐蚀空气预热器。（4）由于反应温度窗的缘故，反应时间以及喷氨点的设置以及切换受锅炉炉膛和/或受热面布置的限制。实际运行中还原反应往往达不到最佳的温度窗口，如果运行温度高于反应温度，引起NH3氧化成NOx，一方面降低了脱硝效率，另一方面增加还原剂的用量和成本；如果运行温度低于反应温度，会降低NOx的去除效率。（5）SCR在催化剂的作用下，部分SO2会转化成SO3，而SNCR没有这个问题，因此SNCR技术可允许较大的氨逃逸率，SNCR氨逃逸率一般控制在5～15ppm。

2.3 SNCR-SCR混合法脱硝工艺

SNCR-SCR混合法将SCR工艺的高效率和SNCR工艺的投资低的优点相结合，从而有效地避免了SCR工艺和SNCR工艺存在的不足。这种联合工艺技术不是对两个工艺的简单组合。其前端是SNCR工艺，通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统将氨和尿素溶液喷入炉膛，在高温作用下与烟气中NO、发生非催化还原反应，脱除一部分NOx，完成反應后，未反应完的氨进入后端SCR工艺，进行进一步脱硝。SNCR-SCR混合法将SCR工艺和SNCR工艺有效的结合起来，不但节约了成本，而且将脱硝效率提高到了95%以上。

3 三种脱硝工艺的比较分析

上面分别对选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）和SNCR-SCR混合法等三种烟气脱硝工艺的原理及其特点进行了详细的介绍，为了更加全面直观的了解这三种脱硝工艺，下面对三种脱硝工艺进行深入的比较分析，见表1。

从表1可以看出SCR工艺跟SNCR工艺和SNCR-SCR混合工艺相比，反应温度低、脱硝效率高、NH3/NOx摩尔比小、技术成熟度高、运行可靠性和稳定性好；SNCR工艺跟SCR工艺和SNCR-SCR混合工艺相比，催化剂用量基本为零、SO2转化为SO3的转化率基本为零、投资及运行费用成本低；SNCR-SCR混合工艺跟SCR工艺和SNCR工艺相比，还原剂以尿素为主更加安全，其他各指标基本都处于SCR工艺和SNCR工艺中间状态。

由此可以看出，三种脱硝工艺各有优缺点，无法从定性角度直接判断哪种工艺更优，因此需要定量评价，从而选出最佳方案。

参考文献

[1]李晓芸，蔡小峰.混合SNCR-SCR烟气脱硝工艺及其应用[J].华电技术，2008，30（3）：22-25.

[2]李群.电厂烟气脱硝技术分析[J].华电技术，2008，30（9）：74-76.