孫小龍（蘭州西固熱電有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730060）

SCR技術(shù)在燃煤電站上的應(yīng)用

孫小龍（蘭州西固熱電有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730060）

當(dāng)前，我國氮氧化物污染問題十分突出，排放總量居高不下，成為我國城市霧霾等一系列環(huán)境問題的重要根源。本文詳細(xì)闡述了SCR法脫硝技術(shù)在大唐蘭州西固熱電有限責(zé)任公司（以下簡稱西固熱電公司）330MW燃煤電廠上的應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)，分析了應(yīng)用SCR技術(shù)來減少NOx排放的工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)，為同類型鍋爐節(jié)能減排提供了借鑒。

SCR；氮氧化物；煙氣脫硝

引言

燃煤發(fā)電廠的燃料主要是煤，煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物（NOx）中，NO占90%以上，NO2占5～10%，N2O占1%左右。

氮氧化物的生成主要有三個(gè)途徑：

（1）熱力型NOx，是在爐溫高于1300℃時(shí)空氣中的氮被氧化所生成。

（2）快速型NOx，是碳?xì)浠衔锶剂先紵谌剂线^濃時(shí)，反應(yīng)區(qū)附近會(huì)快速生快成NOx。

（3）燃料型NOx，由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。它在煤粉燃燒NOx的產(chǎn)物中占60～80%。

目前廣泛采用的脫硝技術(shù)有兩種：①非選擇性催化還原（SNCR），在煙氣中噴入尿素或者氨等還原劑，將NOx還原為N2和H2O，依據(jù)資料顯示，由于在BMCR工況下SNCR脫硝效率僅為30～50%，大型鍋爐上已不推薦使用；②選擇性催化還原（SCR）技術(shù)，即采用安裝催化裝置來脫硝，效率可達(dá)85%以上。本文將重點(diǎn)介紹SCR脫硝技術(shù)。

1 SCR煙氣脫硝原理

SCR（Selected Catalytic Reduction）中文全稱為“選擇性催化還原法”，該方法通過使用NH3和催化劑，在適宜的反應(yīng)的溫度（200～450℃），將NOx還原為N2。因?yàn)榉磻?yīng)具有選擇性，NH3只與NOx反應(yīng)，基本上不與O2反應(yīng)，所以稱為選擇性催化還原脫硝。

1.1 SCR煙氣脫硝化學(xué)反應(yīng)原理

還原反應(yīng)：

8NH3+6NO2+O2→7N2+12H2O

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

潛在氧化反應(yīng)：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

4NH3+3O2→2N2+6H2O

在選擇性化學(xué)反應(yīng)中，NH3與SO2不反應(yīng)，但在催化劑的作用下，煙氣中少量SO2會(huì)被氧化成SO3，未反應(yīng)的NH3會(huì)生成（NH4）2SO4和NH4HSO4等一些對反應(yīng)有害的物質(zhì)。

1.2抑制NOx生成的理論依據(jù)

根據(jù)燃煤過程中NOx的生成途徑可知，對常規(guī)的煤粉燃燒設(shè)備，NOx主要是通過燃料型NOx的生成途徑而產(chǎn)生的，因此，在具體實(shí)施燃燒技術(shù)措施上，主要是控制和減少燃料型NOx的生成，即可有效地抑制燃燒過程中NOx的生成量，降低排放濃度。

2 SCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)

SCR脫硝工藝系統(tǒng)主要由氨氣制備和供應(yīng)系統(tǒng)、氨/空氣混合系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、煙道及控制系統(tǒng)等組成。SCR還原劑有兩種——液氨和尿素。實(shí)際上，噴入SCR反應(yīng)器的還原劑都是氨。當(dāng)采用尿素時(shí)，需要采用熱解或水解工藝制氨。目前燃煤電站SCR均采用前者。SCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)流程圖（見圖1）。

圖1 SCR脫硝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)流程圖

（1）SCR反應(yīng)器。反應(yīng)器本體一般采用三層固定床設(shè)計(jì)，一層安裝催化劑，預(yù)留兩層備用，為以后更改煤種調(diào)整運(yùn)行工況提供催化劑的擴(kuò)展空間。其中煙氣豎直向下流動(dòng)，反應(yīng)器入口設(shè)氣流均布裝置。為防止未處理過的煙氣泄露，在催化劑模塊間及模塊與SCR反應(yīng)器殼間有密封設(shè)計(jì)。

SCR反應(yīng)器布置方式。SCR工藝的核心裝置是脫硝反應(yīng)器，就煙氣流向而言有水平和垂直氣流（見圖2）兩種布置方式。由于燃煤鍋爐煙氣中的含塵量很高，因此一般采用垂直氣流方式。

圖2脫硝反應(yīng)器的布置方式

因?yàn)槊撓醴磻?yīng)要在一定的溫度下才能實(shí)現(xiàn)，所以SCR反應(yīng)器需設(shè)置在鍋爐省煤器和空預(yù)器之間，用煙道銜接。

（2）SCR催化反應(yīng)器在鍋爐煙道的布置。常見的有三種方案：

①高塵高溫布置。在空氣預(yù)熱器前350℃位置。反應(yīng)器直接安裝在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，布置在靜電除塵器之前，是SCR法比較典型的布置。

優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入的煙氣溫度高（320～420℃），不需再次加熱，適合大多數(shù)的催化劑工作溫度，而且技術(shù)也成熟，投資維護(hù)費(fèi)用低。缺點(diǎn)是飛灰含量大催化劑易中毒，接觸表面易磨損，催化劑孔徑容易被飛灰顆粒和硫酸氫銨晶體堵塞，需配備蒸汽吹灰器對催化劑表面定期吹掃。

②高溫低塵布置。安裝在在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間。

優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度高，飛灰含量低，催化劑表面無需硬化。缺點(diǎn)是煙氣中二氧化硫含量高，飛灰顆粒較細(xì)，催化劑易堵塞，而且空氣預(yù)熱器表面易結(jié)垢，影響換熱效率。

③低溫低塵段布置。安裝在FGD（濕法煙氣脫硫裝置）之后。

優(yōu)點(diǎn)是煙氣中的飛灰、二氧化硫含量極低，催化劑的磨損及堵塞率低，但缺點(diǎn)是經(jīng)過脫硫FGD后的煙氣溫度很低（一般為55～70℃），需投入專門設(shè)備對煙氣再加熱，投資、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用很高。

3 SCR催化劑

催化劑是SCR中的核心物質(zhì)，依據(jù)催化劑適用溫度不同，SCR工藝可分為高溫（345～590℃），中溫（260～450℃）和低溫（150～28℃）工藝。

目前普遍采用的是高溫TiO2催化劑，在活性TiO2中添加V2O5增強(qiáng)活性。使用TiO2作為載體不但可以提高催化活性，提高活性物質(zhì)的分散度，增加其與反應(yīng)氣體的接觸機(jī)會(huì)，而且可以降低催化劑的成本。但與此同時(shí)V2O5對SO2的氧化也有催化活性，會(huì)將煙氣中 SO2氧化為SO3，生成的SO3與反應(yīng)逃逸的NH3反應(yīng)生成硫酸銨鹽，在催化劑表面及SCR反應(yīng)器下游的設(shè)備和管道上沉積，引起堵塞、腐蝕等問題，所以催化劑中V2O5含量的選擇與待處理煙氣中SO2含量有很大的關(guān)系，V2O5含量高時(shí)脫硝效率高，而且SO2向SO3轉(zhuǎn)化率也高，在針對高灰布置的SCR催化劑中，由于煙氣中SO3含量較高，一般要求V2O5含量較低，通?？刂圃?%以下。

在實(shí)際應(yīng)用中，TiO2一般占80～90%。為了提高催化劑的活性和機(jī)械強(qiáng)度，通常需要添加WO3和玻璃纖維作為助催化劑，其中WO3的含量通常在5～10%，可以抑制SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。同時(shí)為了提高催化劑耐砷中毒，會(huì)同時(shí)添加一定量的MoO3。

4加裝SCR系統(tǒng)對鍋爐及輔機(jī)的影響

4.1對鍋爐引風(fēng)機(jī)的影響

催化劑在反應(yīng)器中采用分層布置（一般為2～3層），每層催化劑的阻力約為200Pa。采用SCR脫硝裝置，煙氣側(cè)阻力增加約為1000Pa，對于加裝改造的鍋爐引風(fēng)機(jī)裕度可能無法滿足要求而被迫改造。

4.2對回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的影響

SCR催化劑將煙氣中部分SO2催化氧化為SO3，與逃逸的部分NH3反應(yīng)生成NH4HSO4，粘附在空預(yù)器蓄熱元件的表面上，使蓄熱元件發(fā)生積灰，減小空預(yù)器內(nèi)流通截面積，從而引起空預(yù)器阻力的增加，降低空預(yù)器換熱元件的效率。

4.3對鍋爐熱效率的影響

由于SCR脫硝裝置反應(yīng)器面積很大，而且連接煙道較長，增大了系統(tǒng)的散熱面積，使鍋爐的散熱損失增加。

現(xiàn)有機(jī)組加裝SCR脫硝系統(tǒng)，由于反應(yīng)器無法布置在鍋爐附近，甚至需要布置在鍋爐廠房外，煙道需要加長，散熱損失將增加較多，鍋爐熱效率隨之降低。

4.4加裝SCR脫硝裝置后，空預(yù)器段煙氣負(fù)壓增加較多，漏風(fēng)壓差增加，通?？疹A(yù)器漏風(fēng)率增加0.8～1.5%。

5結(jié)束語

SCR法脫硝活性高、選擇性強(qiáng)，對煙氣的成分要求不高，國內(nèi)目前首推SCR法，而且技術(shù)也日益完善、成熟，在國內(nèi)脫硝技術(shù)上被燃煤發(fā)電廠大量廣泛的采用。這將為減小空氣污染，改善大氣環(huán)境為社會(huì)可持續(xù)性的發(fā)展作出一定貢獻(xiàn)。

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2015-12-30