燃煤电厂SCR烟气脱硝技术及应用研究

低氮燃烧+SCR技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用

自2000年以来，我国每年有将近1177万吨的氮氧化物排放到大气中，而这些氮氧化物的产生有50%以上是来源于人们对煤炭资源的燃放产生的排放物。尤其是自从2013年以来大范围长时间覆盖全国大部门地区的雾霾，更是给国人保护环境敲响了警钟。预测未来，大约二十年后，我国的氮氧化物排放量可能会超过发达的美国，达到2000万吨以上，从而成为全球第一的氮氧化物排放国，因此，我国对于燃煤燃烧的控制，以及技术的改良都是刻不容缓的。

标签：低氮 燃烧技术 脱硝

一、燃烧对环境的危害

在煤炭以及其他燃料燃烧时，生成氮氧化物是其进行化学反应必不可少的一部分，而这里所说的氮氧化物，主要是指，燃烧后生成的氮氧化物，即：一氧化氮和二氧化氮。众所周知的是，这些燃烧产生的氮氧化物会溶于水，当把它们排放到大气中，在高层大气中与水相溶，便会形成具有弱酸性质的硝酸雨，也就是我们俗话说的酸雨。显而易见的是酸雨对环境具有极大的破坏力，例如：腐蚀石刻、雕塑等文物古迹；落到森林中，腐蚀植物树木的叶片、根部，使森林范围缩小；酸雨甚至对于钢筋水泥也有破坏作用，它们损坏建筑物、铁路公路、桥梁等等。酸雨造成了不可预估的经济、文化、社会损失。

当人体接触到被酸雨污染过的饮用水或是直接接触到氮氧化物时，它们对于人体健康的伤害是巨大的：酸雨对于人体的伤害是其对植物动物伤害的一倍，它侵蚀消化道、腐蚀皮肤、对人体的膜类毛发都有严重的伤害。另外由于氮氧化物在人体中极容易和血色素相结合，抢夺氧份，极易造成由于缺氧引起的一系列后遗症，如：神经麻痹、脑供血不足等等。再有，氮氧化物还极容易在城市中形成一种叫做城市光化学烟雾的物质，城市光化学烟雾指的是氮氧化物与汽车尾气中的碳氢化合物结合而生成有毒物质——硝基化合物，这种浅蓝色的物质在太阳的照射下会形成光化学烟雾，从而污染城市大气，又因为太阳辐射而引起的反应生成物与其他烟雾混合，对人体造成极大危害，例如：腐蚀外露的器官、呼吸道、消化道等等，令这些器官受到强烈刺激，比如说肺部受到刺激后，会使人有咳嗽气喘等，长此以往，危及整体气管、支气管、以及肺部，产生炎症甚至严重的还会使人致癌。光化学烟雾对于人体的伤害是不可预估的，而且其范围之广，影响至深也是不可预估的。

脱硝机组当前频繁出现的空气预热器堵塞腐蚀现　

象．建议当燃煤硫分大于或等于２．５％时，ＳＯｆｆＳＯ，　

转化率按小于０．７５％要求：对于硫分大于或等于　

３％．ＮＨ　逃逸浓度按小于２ｘ１０－６要求。　

虽然《火电厂大气污染物排放标准》（ＧＢ　１３２２３－－２０１１）要求２００３年１２月３１　１３前投产或通　

过环评审批的燃煤锅炉执行２００　ｍｇ／ｍ３（标态，干　基，６％０　）排放限值，但项目单位在确定出口ＮＯ　

浓度时应考虑排放标准进一步趋严的可能性（如出　

台地方排放标准或所在区域划为重点区域）．可相　

应采取在设计中暂按２００　ｍｇ／ｍｓ（标态，干基，６％　０，）要求安装催化剂．但相关设备选型与反应器设　

计具备满足１００　ｍｇ／ｍ３（标态，干基。６％０　）排放限　

值的能力　

２催化剂选型　

催化剂是整个ＳＣＲ脱硝系统的核心和关键．　其成分、结构、活性等相关参数直接影响脱硝装　

置脱硝效率及运行状况［２１　催化剂的设计和选择应　综合考虑燃煤特性、烟气条件、组分及性能目标　

来确定，并且综合考虑烟气特性、飞灰特性、灰　

分含量、反应器型式、脱硝效率、氨逃逸浓度、　

ｓｏＪｓｏ　转化率、压降以及使用寿命等条件。　目前商用的脱硝催化剂类型有平板式催化剂、　

蜂窝式催化剂和波纹板式催化剂３种类型　其中　

波纹板式催化剂由于自身结构和制备工艺的局限　性，一般适用于烟尘浓度较低的场合（≤ｌ０　ｇ／ｍ３）．　

在国内的应用相对较少　对于常规ＳＣＲ烟气脱硝　工程．常采用平板式或蜂窝式催化剂．当烟尘浓　

度小于３Ｏ　ｇ／ｍ３时宜优先选用蜂窝式催化剂．当烟　

尘浓度大于４０　ｇ／ｍ３时宜优先选用平板式催化剂。　值得注意的是。在反应器截面、高度与催化剂支　

撑梁的设计中应按蜂窝／平板通用进行设计．并应　

充分考虑不同型式催化剂的重量对ＳＣＲ装置钢结　

构的影响．以满足后续对催化剂型式进行更换的　

需求。　

催化剂选型时体积量的确定是基于达到性能　要求的基本体积量再考虑燃料特性、ＳＣＲ运行工　

燃煤电厂低氮燃烧与烟气脱硝SCR技术联用的研究

【摘要】“十二五”期间NOx污染控制将成为燃煤电厂的主要工作。本文主要介绍了燃煤电厂NOx的生成类型以及在燃烧过程中和燃烧后NOx的脱除技术——低氮燃烧技术和烟气脱硝技术。并阐述低氮燃烧与烟气SCR脱硝技术联用是控制NOx排放的有效手段。

【关键字】脱硝；低氮燃烧技术；烟气脱硝SCR技术；联用

1.引言

随着现代工业的发展和汽车数量的日益增加，人类向大气中排放NOx越来越多，其中90%以上来源于煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧。NOx大量排放不仅造成酸雨、光化学烟雾和PM2.5（细小颗粒吸附NOx和SO2等污染物形成）对环境产生严重污染，而且对人体健康也造成极大危害。

现在世界各国对NOx排放提出了越来越高的要求，我国污染物减排“十二五”规划也首次将NOx控制列入减排指标，到2015年全国NOx排放总量控制在2046.2万吨，比2010年的2273.6万吨减排10%。为有效控制污染物排放，2011年7月，环保部发布了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），其对NOx排放限值做了进一步的规定：自2012年1月1日起，所有新建火电机组排放限制为100mg/m3，广西、重庆、四川、贵州等高硫地区执行200mg/m3；自2014年7月1日起，现有火电机组亦执行以上标准；《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中规定的47个重点地区执行特别排放限值100mg/m3的标准。该标准与2003版相比，NOx排放标准更加严格。目前，发达国家新建火电机组NOx排放限值均大于100mg/m3。因此，该新标准是世界上最严格的火电机组NOx排放标准，火电企业为了达到该排放标准的要求，必须采用高效脱硝技术控制NOx排放。

2.煤燃烧生成NOx的类型

煤在燃烧过程中，NOx的生成是燃烧反应的一部分，燃烧中生成的NOx主要是NO和NO2。在通常的燃烧温度下，锅炉排出的烟气中NO占NOx总量的95%左右，而NO2仅约占5%左右。煤燃烧过程中生成的NOx有三种类型：热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。热力型NOx主要与燃烧温度有关，当燃烧温度在1350℃以上时，生成量较大；燃料型NOx为煤燃烧过程中所生成的NOx的主要来源，在燃烧锅炉中，燃料型NOx约占NOx生成总量的80～90%。快速型NOx生成量较小一般占总NOx生成量的5%以下。

２００７年２月　电　力　环境保护　第２３卷　第１期　

ＳＣＲ烟气脱硝技术及其在燃煤电厂的应用　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＣＲ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ　杨冬　一，徐鸿　（１．华北电力大学（北京）能源与动力工程学院，北京　１０２２０６；　２．山东建筑工程学院热能工程学院，山东济南２５００１４）　摘要：ＳＣＲ技术是目前国际上最成熟、应用最广泛的脱硝技术。介绍了ＳＣＲ技术的脱硝原理，分析了ＳＣＲ技术的各　系统构成，对电厂加装ＳＣＲ脱硝装置提出了几点建议。　关键词：ＳＣＲ；燃煤电厂；ＮＯ　；脱硝　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳＣＲ¨　＼Ｉ）　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｗｉｄｅｌｙ　ａｎｄ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｍａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｂｒｏａｄ－ｕｓｅｄ　Ｉ）　＼（Ｊ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ．ＳＣＲ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＳＣＲ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　Ｓｏｍｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＳＣＲ；ｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ；　【）　；ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　中图分类号：ＸＴ０１．７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—４０３２（２００７）０ｌ一０４９—０３　

０　引言　改革开放以来，我国电力事业蓬勃发展，２００５　年我国发电装机容量已经突破４．５亿ｋＷ。在我国　电源结构中，火力发电是主要发电方式，２００５年底　火电装机容量比重达到７０％以上，在今后相当长的　时间内这一格局不会发生大的改变。２００５年发电　用煤达８亿ｔ，折合标准煤５．６８亿ｔ。　据统计，我国大气污染物中９０％以上的ＮＯ　源　于矿物燃料（如煤、石油、天然气等）的燃烧过程，其　中７０％来自于煤的燃烧，而火电厂发电用煤又占了　全国燃煤的７０％。到２００５年，全国ＮＯ　排放总量达　到１　８００万ｔ左右，电力行业排放量约占１／２。按照　目前的排放控制水平，２０２０年中国ＮＯ　排放量将达　到２９００万ｔ左右。其中火电厂排放的ＮＯ　占全国　排放总量的比例还会更大。　ＮＯ　进人大气后，在阳光作用下，易形成化学烟　雾，损害人体的呼吸系统，ＮＯ还是破坏大气臭氧层　和形成酸雨的前驱气体之一，破坏生态环境。面对　严峻的环保形势，２００３年我国颁布了新的《火电厂　大气污染物排放标准》，国家允许的ＮＯ　最高排放　质量浓度（标准状态）为４５０　ｍｇ／ｍ３（Ｖｄａｆ＞２０％），并　且自２００４年７月开始征收ＮＯ　排污费，标准为０．６３　元／ｋｇ。　由于炉内低氮燃烧技术的局限性，使得ＮＯ　控　制不能达到令人满意的效果，为了进一步降低ＮＯ，　的排放，必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。目前　通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法、半干法和湿　法三类。其中干法包括选择性非催化还原法　（ＳＮＣＲ）、选择性催化还原法（ＳＣＲ）、电子束联合脱硫　脱硝法；半干法有活性炭联合脱硫脱硝法；湿法有臭　氧氧化吸收法等。　ＳＣＲ法是目前国际上应用最广泛的烟气脱硝技　术，在日本、欧洲、美国等国家或地区的大多数电厂　中基本都应用此技术，由于其没有副产物，不形成二　次污染，装置结构简单，并且脱硝效率高（可达９０％　以上），运行可靠，便于维护，一次投资相对较低等诸　多优点，得到了广泛的商业应用　】。　１　ＳＣＲ反应机理　ＳＣＲ的化学反应机理比较复杂，主要是Ｎ　在　一定的温度和催化剂的作用下，有选择地把烟气中　的ＮＯ　还原为Ｎ２，同时生成水［　］。催化的作用是　降低分解反应的活化能，使其反应温度降低至１５０　—４５０　ｏＣ之间，其反应如下：　４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２—　４Ｎ２＋６Ｈ２０　（１）　ＮＯ＋２ＮＯ２＋２ＮＨ３—　２Ｎ２＋３Ｈ２０　（２）　６ＮＯ２＋８ＮＨ３—　７Ｎ２＋１２Ｈ２０　（３）　其中反应（１）是主反应。因为烟气中的大部分　ＮＯ　均是以ＮＯ的形式存在的，在没有催化剂的情