浅谈烟气脱销技术的现状和发展

引言：进入21世纪以来，我国的环境形势日益严峻，就大气而言，其主要的污染物就是烟尘、二氧化硫、氮氧化物，而环境污染的最大来源是燃煤排放物，火电厂成为重要的污染排放源。随着人口规模和经济规模的不断增长，我国的工业化进程对资源的依赖程度越来越高，对生态环境的影响也越来越严重。所以烟气脱销技术势在必行。

我国火力发电以燃煤发电为主。燃煤发电过程中产生的众多气态污染物中，氮氧化物危害很大且很难处理。煤燃烧产生的氮氧化物主要包括（NO）、二氧化氮（NO2）及少量其他氮的氧化物。新的标准自2014年7月1日起，现有的火力发电锅炉和燃气轮机机组执行氮氧化物限值由原来的450mg/m3改为100mg/m3。重点地区的火力发电锅炉和燃气轮机机组执行100mg/m3的氮氧化物限值；由此可见，我国在污染物排放的趋势愈加严格。

目前，我国主要采用的脱销方法有，低氮燃烧技术，主要适用于新锅炉。选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）主要试用于已经进行低氮改造或者无法进行低氮改造的老旧锅炉。SCR+SNCR主要针对单独SNCR无法满足国家要求的排放标准，场地有限，可以采用组合技术。以下就这几种脱销技术进行论述。

1、低NOX燃烧技术主要包括低氧燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低NOX燃烧器和低NOX炉膛设计，是一种较经济的控制氮氧化物的方法。但减排效率较低，往往难以满足环保要求，不过将这一减排措施纳入锅炉的整体设计是合理必要的。

空气分级燃烧

空气分级燃烧是美国在20世纪50年代发展起来的，是目前国内外燃煤电厂采用最广泛、技术上也比较成熟的低NOX燃烧技术之一。

工作原理

空气分级燃烧降低NOX是几乎所有的燃烧方式均采用的技术，其思路是避开温度过高和大的过剩空气系数同时出现，从而降低NOX的生成。

其反应可表示为：

CO+NOCO2+1/2N2

空气分级燃烧可以在燃烧器内实现，也可以在锅炉内完成。它在我国应用较为广泛，但是此技术会引起炉膛内结渣和腐蚀问题，因此在设计上必须考虑这一点，以减少该方面的影响。

2、选择性非催化还原脱硝（Seletive Non-Catalytic Reduction，SNCR）

SNCR技术在20世纪70年代中期最先工业应用于日本的一些燃油，燃气电厂的烟气脱硝；80年代末，欧盟国家的燃煤电厂也开始应用。

工作原理

选择性非催化还原脱硝技术是在没有催化剂存在的条件下，利用还原剂将烟气中的NOX还原为无害的氮气和水的一种脱硝方法。

过程化学

SNCR是以炉膛为反应器，将含有氨基（NH3）的还原剂（工业中常用的是氨水或者尿素溶液）喷入炉膛，还原剂迅速与烟气中的NOX发生反应，生成氮气和水，而烟气中的氧气却极少与还原剂反应，从而达到对NOX选择性还原效果。该过程可用以下化学方程式表示：

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

2CO(NH2)2+4NO+O2 4N2+2CO2+4H2O

方程式中用NO表示NOX，其原因为烟气中NOX的90%~95%是以NO的形式存在的。

SNCR脱氮工艺

炉膛壁面上安装有还原剂喷嘴，还原剂通过喷嘴喷入烟气中，并与烟气混合，反应后的烟气流出锅炉。整个系统由还原剂贮槽、还原剂喷入装置和控制仪表所构成。

主要装置

典型SNCR系统工艺由还原剂制备贮存系统（储罐、氨水输送泵、稀释水输送泵、静态混合器）、还原剂计量系统（缓存罐、计量泵）、还原剂分配喷射系统（喷射柜、喷枪）、电器控制系统组成。

特点

SNCR系统的特点：占地面积小，首次投资少，在厂区空间限制无法使用SCR时，考虑使用SNCR.。

3、选择性催化还原脱硝（Seletive Non-Catalytic Reduction，SCR）

该技术是20世纪70年代由日本研究开发的，目前已经广泛地应用于燃煤电厂、工业锅炉、内燃机、化工厂及钢铁冶炼厂等的烟气脱硝工程。

反应原理

工业燃煤燃气SCR脱硝的还原剂是氨。液氨或者氨水由蒸发器蒸发后入系统中，在催化剂的作用下，氨气将烟气中的NO还原为氮气和水。

SCR催化反应原理

过程化学

SCR化学反应方程式为：

4NH3+4NO+O2催化剂4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2催化剂3N2+6H2O

由于燃烧的烟气中约95%的NOX是以NO的形态存在，因而上面第一个反应占主导地位。催化剂在反应中起到降低反应活化能和加快反应速率的作用。

系统组成

典型的SCR系统包括烟道系统、SCR反应器本体、催化剂、氨/空气混合系统、氨喷射/混合系统、蒸汽吹灰系统、声波吹灰系统、SCR灰斗及输灰系统、压缩空气系统等共同组成。液氨由槽车运送到液氨贮罐，液氨贮罐输出液氨在雾化后与空气混合，通过喷氨格栅的喷嘴喷入烟道催化反应器。达到反应温度且与氨气充分混合的废气流经SCR反应器的催化层时，氨气与NOX发生催化氧化还原反应，将NOX还原为无害的N2和H2O。

特点：

SCR系统具有以下特点：脱销效率高、运行平稳可靠，维护费用少，操作方便，工艺成熟可靠、系统操作简单、运行费用低。缺点是一次性投资较大，催化存在以后更换的问题；二氧化硫转化问题，当二氧化硫氧化为三氧化硫后，产生的硫酸盐、亚硫酸盐会对后续的设备产生影响，附着在管壁上，影响设备出力效率。对于日趋严格的排放要求，在场地条件允许的条件下，SCR无疑是最好的选择。

4、组合法（SNCR+SCR)

SNCR/SCR组合工艺是SNCR的还原剂直喷炉膛技术，同时SCR利用逸出氨进行催化反应两者结合起来，从而进行两级脱硝。

特点

把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率及低的氨逸出率有效结合，既降低了首次投资成本，减少了催化剂的使用，占地面积小，又满足了国家环保对氮氧化物的排放要求。

结语：由于大气被NO2污染后，会连锁反应形成化学烟雾，其毒性很强，对人和动植物的危害很大。而且还会使得机器设备和 金属建筑物过早损坏，妨碍和破坏植物生长，降低大气的可见度，阻碍热力设备出力的提高，甚至使设备的效率降低。

因此，为了防止NO2及其引起的光化学烟雾的危害，必须抑制煤炭等燃料燃烧时的氮氧化物的生成量,，采取经济有效的脱销技术。

参考文献

[1]火电厂SCR烟气脱硝技术西北热工研究院编著 中国电力出版社2013.1.1.

[2]段传和 夏怀翔 选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝中国大唐集团科技有限公司 中国电力出版社.

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