殷 慧

(南京郵電大學通達學院，江蘇 揚州 225127)

0 引言

我國是產(chǎn)煤大國，煤炭作為重要的能源資源，在投入使用的過程中，不可避免地會產(chǎn)生有害的尾氣，對環(huán)境造成嚴重的影響?；痣姀S作為煤炭使用的“主力軍”，燃煤產(chǎn)生的氮氧化物(NOX)是大氣的主要污染源，超量的排放不但會造成酸雨的形成，也會產(chǎn)生光化學煙霧，嚴重危害生態(tài)環(huán)境和人類健康。近年來，我國堅持走可持續(xù)發(fā)展路線，對環(huán)境質(zhì)量提出了更高的要求，相繼出臺了一系列環(huán)保政策，明確規(guī)定了火電廠NOX的排放標準，這無疑對火電廠的煙氣脫硝技術提出了更大的挑戰(zhàn)，煙氣脫硝水平亟待提高。

1 SCR脫硝技術

目前我國針對火電廠燃煤產(chǎn)生的NOX減排問題，主要有兩種解決方案，第一種是在燃燒過程中加以控制，需要優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，降低產(chǎn)生的NOX含量，以達到排放標準；第二種是對燃燒后的尾氣加以處理，即進行煙氣尾氣脫硝。目前火電廠是將低氮燃燒技術和煙氣脫硝技術結合投入使用[1]。

在尾部煙氣脫硝技術中，主要有選擇性催化還原(SCR)技術、選擇性非催化還原(SNCR)技術以及SCR-SNCR混合脫硝技術。綜合考慮脫硝效率、工藝復雜度、工程造價和運維費用這幾方面的因素，選擇性催化還原(SCR)技術使用頻率較大，應用較為廣泛。它作為一種高效的煙氣脫硝技術，NOX的脫除效率可維持在80%～90%，且二次污染小，技術相對成熟。

2 SCR脫硝原理

火電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)采用高灰高塵布置工藝，安裝在省煤器和空預器之間[2]。尿素熱解和水解產(chǎn)生的NH3通過噴氨格柵均勻噴入煙道中，與煙氣充分混合后進入SCR反應器，在蜂窩式催化劑的作用下進行選擇性催化還原反應，生成無毒害的N2和H2O，達到脫硝的目的，脫硝系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 SCR脫硝系統(tǒng)

在反應過程中，須控制溫度在300℃～400℃，催化劑發(fā)揮最大活性，達到較高的脫硝效率。主要發(fā)生的化學反應如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+6NO→5N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO→7N2+12H2O

當反應溫度達到350℃以上時，會發(fā)生NH3氧化以及NH3分解等副反應，造成NH3的浪費，條件允許的話，應盡量控制溫度低于350℃。在此過程中，可能發(fā)生的化學反應為：

4NH3+O2→2N2+6H2O

2NH3→N2+3H2O

4NH3+5O2→4NO+6H2O

除此之外，燃燒后的煙氣在進入SCR脫硝系統(tǒng)時，由于未進行脫硫操作，相應的硫化物(SOX)也會參與到一系列的化學反應中來，主要有：

2SO2+O2→3SO3

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

3 脫硝效率影響因素分析

3.1 催化劑

脫硝反應溫度約達1 000℃，這給電廠提供反應條件帶來了較大的難度，使用催化劑可以極大地提高催化反應的效能，降低反應溫度。目前火電廠大多選擇活性較高的五氧化二釩(V2O5)為主要催化劑，二氧化銻(TiO2)作為載體。為了達到催化劑的反應溫度，火電廠選用了高灰、高塵布置工藝，SCR反應器安裝在省煤器和空預器之間，這樣從省煤器出來的溫度能達到催化劑的反應溫度(約350℃)，無需添加加熱裝置。但是鍋爐尾部出來的空氣帶有很多雜質(zhì)、懸浮物以及金屬元素，不但會影響催化劑的活性，也給SCR反應器帶來了安全隱患[3]。另外，由于反應溫度較高會導致催化劑失活，因此要定期對催化劑進行活性檢測，對假性失活的情況應及時進行恢復[4]。相關科研人員也要加大對催化劑的開發(fā)研究，研制低溫催化劑[2]。

3.2 煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)

CEMS是目前火電廠實時監(jiān)測污染物濃度和排放總量的裝置，但在實際使用過程中出現(xiàn)的問題較多，已遠遠不能滿足企業(yè)減排監(jiān)測的要求。CEMS在工作時需要選取合適的監(jiān)測取樣點才能得到較為準確的數(shù)據(jù)[5]，這給電廠監(jiān)管人員的工作帶來了一定的挑戰(zhàn)。由于NOX的測量需要經(jīng)過較長的伴熱管線才能到達煙氣分析儀，造成了CEMS測量數(shù)據(jù)不夠及時；在長期使用過程中，CEMS也伴隨著儀器老化、反應遲鈍、測量數(shù)據(jù)失準等問題。CEMS在測量煙氣濃度時存在滯后，入口NOX濃度測量延時，NH3量得不到及時準確地供應，使得出口NOX濃度不能準確地控制在預設范圍內(nèi)。因此，需要開發(fā)先進的軟測量技術，建立準確地模型預測入口NOX，配合CEMS以達到更好的監(jiān)測效果。

3.3 氨氣優(yōu)化控制系統(tǒng)

SCR系統(tǒng)具有較強的非線性、時滯性以及動態(tài)性[6]，傳統(tǒng)的PID單回路控制系統(tǒng)在投入使用的過程中優(yōu)化噴氨效果不明顯，無法有效地改善系統(tǒng)強滯后性所帶來的噴氨失準造成資源浪費和二次污染的問題。研究新型控制方法，對SCR脫硝系統(tǒng)安全運行，提高脫硝效率并提高電廠經(jīng)濟效益具有重要意義。一方面，側重于對被調(diào)量NOX進行預處理使其變化量被提前預知，有效應對系統(tǒng)工況的改變，降低噴氨環(huán)節(jié)的滯后[7]；另一方面，在串級PID控制方法上增加智能前饋環(huán)節(jié)，提高機組參與調(diào)峰、調(diào)頻的能力，克服延時環(huán)節(jié)影響，提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)[8]。此外，須加大對新型控制方法的科研投入，更新和優(yōu)化控制系統(tǒng)達到更好的控制效果。

4 結語

我國的SCR煙氣脫硝技術雖然已經(jīng)相對成熟，但對于嚴格的NOX排放標準，脫硝效率有待進一步提高。加大科研投入，攻克一系列難題，不僅對環(huán)境的保護有著極大的促進作用，也對電廠經(jīng)濟效益的提高具有重大意義。