洪啟釵

（國能龍源環(huán)保有限公司泉州分公司，福建泉州 362100）

國家能源局指出，2020年我國實現了CO2、SO2、NOx分別減排17.9億t、86.4萬t與79.8萬t的效果，其不僅說明我國環(huán)保工作獲得了良好的工作成效，也為生態(tài)文明建設奠定了堅實基礎。但是，環(huán)境保護工作作為一種持續(xù)性工作內容，應研發(fā)和運用各類新型技術手段，保障環(huán)境保護工作成效的進一步提升。據此，本文將以煙氣脫硫脫硝關鍵技術研發(fā)為視角進行分析研究，介紹某公司所采用的選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）關鍵技術研發(fā)及工程運用情況，以期為我國煙氣脫硫脫硝關鍵技術研發(fā)及運用提供一定理論參考。

1 火電廠煙氣脫硫脫硝主要工藝技術

現階段，國際上各類煙氣脫硝技術種類繁多，并且相關技術手段在多年研究及發(fā)展過程中已經相對成熟，其中SCR法和選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）法更是在諸多大型燃煤火電廠中得到廣泛運用。SCR法具有脫除率高、幾乎無二次污染、相關技術成熟等優(yōu)勢，已成為我國燃煤火電廠煙氣脫硝的重要技術手段之一[1]。隨著國際社會對于環(huán)境保護工作的日益重視，一些聯合脫硫脫硝工藝也開始逐步興起，如活性炭吸附法、脈沖電暈放電等離子體法、等離子體法及SNAP法等，相關工藝可以實現SOx和NOx的聯合脫除效果。相對于傳統煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization，FGD）和SCR工藝，聯合脫硫脫硝工藝不僅脫除效率更高，而且更具經濟性，促使各類聯合脫硫脫硝工藝也得到普及運用。

工業(yè)化聯合脫硫脫硝組合工藝的運用范圍較為廣泛，其主要是采用FGD系統脫除SOx，通過SCR工藝脫除NOx。結合實際運用情況來看，此工藝可以實現80%以上的NOx脫除和90%以上的SOx脫除效果。雖然是聯合脫硫脫硝工藝，但在實際運用過程中FGD系統和SCR工藝仍然是屬于相對獨立式運作，其實際運用優(yōu)勢便在于即便是脫硫脫硝系統入口處SOx和NOx的比例出現變化，此工藝仍舊可以保證最佳的脫除效果[2]。

2 選擇性催化還原法

選擇性催化還原法是指將火電廠排出煙氣中的NH3作為還原劑，通過催化劑進行有選擇性的催化還原，進而將NH3催化還原成為無毒無污染的N2和H2O。此工藝最早于1977年開始正式投入商用，是當前世界上運用范圍最廣、技術最為成熟的一種煙氣脫硝工藝。SCR法的主要反應方程式為[3]：

使用適當的催化劑，可以使反應（1）和（2）在200～400 ℃的環(huán)境下實現快速催化還原反應，并且在反應過程中可以有效抑制副產物的出現，避免對環(huán)境造成二次污染。研究發(fā)現，當反應中NH3和NO的比例為1∶1時，兩者在反應過程中可以實現80%～90%的NOx脫除率效果。現如今，國際上采用SCR工藝的裝置遍布世界各地，我國電力系統中對于SCR工藝也有著廣泛運用。結合實際運用情況，SCR工藝對于NOx的脫除率主要受到反應過程中的環(huán)境溫度、NH3和NO的比例、火電廠排出煙氣中氧氣含量以及所選用的催化劑性質等因素的影響，所以在進行SCR系統布置過程中，必須要對相關影響因素進行充分考慮。

常用的SCR系統布置方式主要分為高溫高塵、高溫低塵、低溫低塵3種，其中高溫高塵布置方式是當前運用范圍最廣的一種SCR系統布置方式，其優(yōu)勢在于反應過程中環(huán)境溫度控制在300～400 ℃，更有利于SCR系統的穩(wěn)定運行，但由于此種布置方式長期處于高溫高塵煙氣環(huán)境中，實際工作環(huán)境較為惡劣，會嚴重影響SCR系統的使用壽命；高溫低塵布置方式則是將SCR反應器布置在高溫電除塵器和空氣預熱器之間，此種方式可以有效緩解高溫高塵煙氣對反應裝置的磨損及催化劑污染問題，但同時由于高溫電除塵器在高溫環(huán)境下的運行性能較低，反應器對于煙氣中NOx的脫除率也將會受到一定影響；低溫低塵布置方式則是將SCR反應器布置在煙氣脫硫系統之后，如此將可以有效避免反應器的磨損以及催化劑的污染問題，但由于此時煙氣溫度較低，所以需要額外設置燃燒器增加煙氣溫度，額外增加能耗問題，不利于實現環(huán)境保護的相關要求。

除了上述運用局限，SCR系統在具體運用過程中還會產生以下兩個方面的問題。（1）在SCR系統運行過程中，可能會出現部分未經過催化還原反應的NOx被排出系統，進而導致二次污染情況。對此，應在設置SCR系統時對此種情況進行充分考慮，并將SCR系統運行過程中NOx的泄漏量控制在10.25 μg/m3以內[4]。（2）當火力發(fā)電過程中所采用的燃煤為高硫煤，那么火電廠在發(fā)電時煙氣中的SO2將會為進一步氧化成為SO3，而SO3則會同煙氣中的NO3發(fā)生反應，進而生成氨鹽導致SCR系統中催化劑受到污染或者出現管道堵塞等情況。此過程中相關反應方程式為[5]：

對于此種問題，最常用的方式是采用低硫煤、降低NHx泄漏量以及將SCR系統布置在FGD系統之后等方式實現氨鹽的生成量控制。但通過研究發(fā)現，上述所有問題均可以通過選用適當的催化劑、合理控制反應溫度以及調節(jié)反應計量等方式進行控制，但在運用過程中會消耗大量的催化劑，所以還具有運行費用相對較高等缺陷，再加上改造機組的場地限制，多方面因素結合促使SCR系統在運用過程中對設計者的技術能力有著較高要求。

3 某焦化廠SCR煙氣脫硝脫硫關鍵技術研發(fā)及工程運用

3.1 工程概況

某焦化廠基于現有SCR工藝進行改良升級，進而自主研發(fā)出一種煙氣脫硫脫硝關鍵技術，此技術在經過科技廳的鑒定及評估以后，已經在當前某火電廠中進行具體運用。

3.2 SCR工藝研發(fā)內容

現階段，國際上的煙氣脫硫脫硝工藝均在向高效率、低消耗、高可靠性、低維護需求等方向發(fā)展。但隨著社會經濟的持續(xù)發(fā)展，如今社會對于能源需求的進一步提升，其不僅促使各類火力發(fā)電廠的大型化發(fā)展，也導致火電廠所采用的SCR反應器體積較為龐大，整體結構極為復雜，并且為保障反應器的實際防腐性能和使用壽命，必須要采用各種高強度、耐腐蝕材料，綜合導致現有的反應器造價均相對較高，前期投入較大，再加上SCR反應器自身的高運行成本特點，使得SCR系統整體運行成本較高，嚴重阻礙SCR系統的進一步運用及發(fā)展。

某公司以現有的SCR技術為基礎，根據長期積累的工作經驗，從SCR系統的運用環(huán)境及備用設施考慮SCR系統運用過程中可能會遇到的各類不確定性因素。最終從系統配置、系統參數優(yōu)化、系統關鍵點理化特性分析3個角度實現SCR系統的有效優(yōu)化設計。為保障設計的科學性，還在設計中引入了CAD、三維模型仿真分析等現代化技術，促使設計方案的進一步優(yōu)化完善。

3.3 優(yōu)化后SCR工藝的經濟效益和社會作用

優(yōu)化后SCR技術具有占地面積小、脫除率高、可靠性強等優(yōu)勢，在工程運用中表現出了良好的運用成效，具體表現為某火力發(fā)電廠工程在現有的FGD系統集成上，再次引入了優(yōu)化后的SCR工藝，并將兩種工藝進行有機融合，構成工業(yè)化聯合脫硫脫硝組合工藝，改進后的脫硫脫硝工藝可以將NO3和SO2的脫除率均控制在90%以上，并且每千瓦的實際脫硫脫硝投資費用進一步降低，說明優(yōu)化后的SCR工藝不僅可以提高火電廠煙氣脫硝效果，還能夠保障原本火電廠所采用的FGD系統脫除率不受影響的同時，降低SCR系統的整體投入成本，具體技術參數如表1所示。另外，某焦化廠對于SCR工藝的優(yōu)化及運用也為我國SCR工藝的運用及發(fā)展提供了經驗參考，儲備了相關工業(yè)化聯合脫硫脫硝組合工藝的相關技術，為后續(xù)脫硫脫硝技術的運用及發(fā)展提供重要技術支持。

表1 某焦化廠脫硫脫硝技術指標

4 結語

隨著環(huán)境保護問題的日益嚴峻，火電廠必須對各類煙氣脫硫脫硝工藝進行充分運用，并由此對煙氣中的有害物質進行脫除，降低火電廠發(fā)電所產生的環(huán)境污染。但是，現有的火電廠脫硫脫硝技術在運用過程中仍然存在經濟性、建設體積等因素的限制，所以必須基于現有技術進行研發(fā)及創(chuàng)新，推動技術的進一步發(fā)展的同時，能夠降低煙氣脫硫脫硝技術的運用成本，提高煙氣中有害物質的脫除效率，達成我國環(huán)境保護的相關目標及戰(zhàn)略要求。