劉顯麗

（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

燃煤電廠是我國主要的電力生產(chǎn)單位，煤電所產(chǎn)生的發(fā)電量占國內(nèi)總值的九成以上，為國民的生產(chǎn)和生活提供了主要的能源。然而，燃煤電廠在煤炭燃燒過程中會產(chǎn)生大量氮氧化物（NOx）氣體。NOx主要有NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等，燃煤電廠排放的氮氧化物中90%為NO，少量的為NO2、N2O，這些化合物氣體可能會產(chǎn)生光化學(xué)煙霧、酸雨等問題，對自然環(huán)境造成污染。因此，必須要進行脫硝處理，凈化排放煙氣。

1 SCR脫硝技術(shù)現(xiàn)狀

燃煤過程中有熱力型、燃料型、快速型三種生成NOx的方式。燃煤電廠的氮氧化物主要是前兩種排放類型，其中，燃料型占70%以上。隨著國家環(huán)保意識和環(huán)保行動的增強，對燃煤電廠煙氣排放的標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，采用有效的脫硝工藝是控制氮氧化物排量的重要手段。當(dāng)今，國際上燃煤電廠都以選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）技術(shù)為主要脫硝工藝，SCR煙氣脫硝技術(shù)最早起源于美國，最初是在日本得到具體的應(yīng)用，裝機量達(dá)到90%以上，該技術(shù)現(xiàn)在成為了全球發(fā)達(dá)國家普遍采用的氮氧化物減排工藝，國內(nèi)也在多年前開始引入，取得了很好的減排效果。經(jīng)過多年的應(yīng)用以及相關(guān)工藝的改進，該技術(shù)發(fā)展的較為成熟[1]。

2 SCR脫硝原理

2.1 技術(shù)原理

SCR技術(shù)的基本原理是氧化還原反應(yīng)，原理如圖1，以氨氣為還原劑，在催化劑作用下，將氮氧化物（主要是NO和NO2）還原成氮氣和水，相比氫氣、甲烷或一氧化碳等還原劑，在還原NOx 的同時會與煙氣中的氧氣作用，該技術(shù)的特點是氨氣不與煙氣中的氧氣反應(yīng)，因此稱之為“選擇性”，化學(xué)方程式如下：

圖1 反應(yīng)原理圖

上述的反應(yīng)式想要有效進行，需要在合適溫度以及催化劑作用下才能實現(xiàn)，通常溫度需要控制在310~420℃之間，這樣能夠獲得80%以上的脫硝效率。

2.2 工藝流程

SCR脫硝系統(tǒng)主要有五個部分組成：煙氣系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、催化劑填裝系統(tǒng)、還原劑氨供應(yīng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。其中，還原劑氨供應(yīng)系統(tǒng)一般有液氨和尿素兩種。液氨使用方便，但其屬于危險化學(xué)品，使用的環(huán)境和手續(xù)流程受到嚴(yán)格限制，而尿素則相對安全，便于運輸存儲，價格也適中，未來將會成為脫硝工藝的主要制氨原料。尿素需要熱解和水解后才能變?yōu)榘睔?，尿素?zé)峤庵鞣磻?yīng)方程式為：

利用尿素作還原劑的SCR工藝如圖2，其中還原劑制備系統(tǒng)也是重要的構(gòu)成部件。首先利用除鹽水將尿素溶解為50%的溶液送到儲罐內(nèi)；控制系統(tǒng)控制計量機構(gòu)將一定量的尿素溶液泵送至熱解器中，在加熱器產(chǎn)生的熱空氣作用下進行熱解反應(yīng)，制備出氨氣。當(dāng)鍋爐的煙氣被送入SCR反應(yīng)器連接煙道中，氨氣通過噴氨格柵與煙道中的煙氣混合后進入SCR中的催化劑層，在催化劑作用下，將氮氧化物煙氣還原成無害的氮氣與水，然后進入空預(yù)器，排出或回收利用[2]。

圖2 尿素?zé)峤鈼l件下的SCR脫硝工藝流程

3 SCR技術(shù)工藝特點與布放方式

3.1 工藝特點

SCR的工藝特點概述如下：

表1 SCR工藝特點

催化劑是化學(xué)反應(yīng)中的重要成分，往往占據(jù)重要成本。顯然，SCR的運行成本很大程度上取決于催化劑的壽命或是活性衰減速度。在一些堿金屬如Na、K、Ca或重金屬As、Pt等的作用下，催化劑很容易引發(fā)中毒發(fā)生化學(xué)失活，在具體的工藝應(yīng)用中要對此方面采取相關(guān)的考慮和處理措施。

3.2 布置方案

SCR系統(tǒng)的布放位置方案可以分為三種：高粉塵布放、低粉塵布放、以及尾部布放。其中，對于高粉塵布放，需要將SCR反應(yīng)器置于空預(yù)器前端300-420℃位置，如圖3所示；低粉塵布放則是將SCR反應(yīng)器放置于電除塵器與空預(yù)器之間；尾部布放方案則是將SCR放置在FGD（濕法煙氣脫硫裝置）之后，如圖4所示。實際上，按照常用催化劑活性特點，最佳的反應(yīng)溫度范圍在300-420℃，燃煤電廠的鍋爐尾部溫度恰好是在此范圍內(nèi)，因此采用高粉塵布置方案不需要額外的煙氣熱量控制設(shè)備，但從鍋爐尾部出來的煙氣往往含有硫化物、懸浮物等其他雜質(zhì)，存在損壞SCR反應(yīng)器的風(fēng)險。而采用其他兩種布放方案則需要在煙氣管道后端加裝GGH加熱裝置。實際的選擇要根據(jù)電廠的具體情況進行評估選擇[3]。

圖3 SCR脫硝反應(yīng)器高粉塵布置工藝

圖4 SCR脫硝反應(yīng)器尾部布置工藝

4 對我國燃煤電廠SCR脫硝技術(shù)的改進建議

4.1 同步安裝SCR裝置

隨著未來對環(huán)保的要求提升，脫硝處理已經(jīng)成為了所有燃煤電廠的必要工藝流程，然而，對于已經(jīng)建設(shè)的電廠，加裝SCR會增加大量的改造工作量，并且改變了原來的既定運行。當(dāng)前的SCR脫硝技術(shù)日趨成熟，對于在建或未來的新建電廠，在設(shè)計之初就將SCR考慮在內(nèi)，至少為其后續(xù)的加裝預(yù)留出位置和接口，能夠更好統(tǒng)籌考慮節(jié)約資源[4]。

4.2 開發(fā)低溫催化劑

當(dāng)前的SCR技術(shù)中，普遍使用的是中高溫催化劑，因此，大部分的SCR反應(yīng)器都被迫采用了高粉塵前置布放方式，這樣的高溫條件會發(fā)生高溫?zé)Y(jié)、磨損、固體顆粒沉淀阻塞等問題，對催化劑產(chǎn)生物理失活破壞，浪費經(jīng)濟成本，阻礙了SCR技術(shù)推廣應(yīng)用。因此，開發(fā)經(jīng)濟性的低溫催化劑是發(fā)展SCR技術(shù)的關(guān)鍵因素之一，當(dāng)前許多機構(gòu)和科研院所都開展了相關(guān)研究，為SCR技術(shù)的推廣提供了技術(shù)支持。

4.3 開發(fā)適用于我國煤質(zhì)的SCR技術(shù)

實際上，燃煤煙氣的脫硝效率受到煤質(zhì)的特征影響，不同地區(qū)的煤炭成分存在差別，所產(chǎn)生的煙氣中重金屬等物質(zhì)的成分不同影響催化劑的活性，成為阻礙SCR技術(shù)應(yīng)用效率和效果的主要問題。針對此情況，應(yīng)當(dāng)有針對性的引入符合我國煤質(zhì)的SCR脫硝技術(shù)，并進行改進，真正的實現(xiàn)國產(chǎn)化SCR技術(shù)高效脫硝。

4.4 提高脫硝重視程度

燃煤電廠煙氣脫硝雖然是大氣環(huán)境保護的重要舉措，然而多年來，國內(nèi)電廠更多的是關(guān)注煙氣脫硫，政府缺少此方面的政策引導(dǎo)和經(jīng)濟支持。因此，將來可以進行一些鼓勵措施，對于安裝脫硝裝置的電廠，進行電價補償，提高企業(yè)安裝SCR脫硝裝置的積極性[5]。

5 結(jié)語

綠水青山就是金山銀山，隨著我國在環(huán)境保護意識和行動上的不斷加強，對煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)也更加的嚴(yán)格。對于燃煤電廠排放的氮氧化物煙氣，也需要進行嚴(yán)格的排放控制與治理。眾多脫硝技術(shù)中，SCR技術(shù)因其出色的性能得到了世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)的燃煤電廠要在引進和應(yīng)用中將技術(shù)吸收國有化改良，不斷提高脫硝的效率，保護好大氣環(huán)境。