1、火電廠脫氮技術(shù)的應(yīng)用及展望 摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外火電廠脫氮技術(shù)的現(xiàn)狀與最新進(jìn)展，并以華能云南滇東第二發(fā)電廠#2機(jī)600MW煙氣脫氮工程為例詳細(xì)介紹了目前最成熟的SCR煙氣脫氮工藝的系統(tǒng)構(gòu)成，以及運(yùn)行中的注意事項(xiàng)和脫氮投運(yùn)后煙氣NOx的 減排量。關(guān)鍵詞：火電廠、脫氮、SCR、減排0、前言：目前，氮氧化物已逐漸成為第一大酸性污染氣體，由其引起的環(huán)境問(wèn)題以及對(duì)人體健康的危害可以歸納為以下幾個(gè)方面：其一，對(duì)人體的致毒作用，尤其是二氧化氮，可以引起支氣管和肺氣腫等呼吸系統(tǒng)疾??；其二，對(duì)植物具有損害作用；其三是形成酸雨、酸霧的主要污染物；其四是與碳?xì)浠衔锕餐饔每尚纬晒饣瘜W(xué)煙霧；最后是參與臭氧層的

2、破壞。氮氧化物的排放又多集中在火電廠。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，控制和治理氮氧化物(NOx)污染迫在眉睫，國(guó)內(nèi)外的電力環(huán)保企業(yè)紛紛涉足其中。目前，國(guó)內(nèi)外已研究開(kāi)發(fā)了各種各樣的煙氣脫硝工藝，并取得了一定成果。1、 火電廠脫氮技術(shù)簡(jiǎn)介目前，國(guó)內(nèi)外已研究開(kāi)發(fā)了各種各樣的火電廠脫氮技術(shù)工藝，其大致可以分為燃燒前煤粉脫氮、燃燒中控制NOx的生成、燃燒后煙氣脫氮。1.1燃燒前煤粉脫氮 目前燃燒前煤粉加氫脫氮再洗選工藝因成本高，還未普遍應(yīng)用于工業(yè)脫氮中。1.2燃燒中脫氮燃燒中控制氮氧化物(NOx)的生成，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)了多種控制技術(shù)。如1、低溫燃燒2、低氧燃燒3、FBC燃燒技術(shù)4、采用低NOx燃燒器5、

3、煤粉濃淡分離6、煙氣再循環(huán)技術(shù)。1.3燃燒后煙氣脫氮燃燒后煙氣進(jìn)行處理，除去煙氣的氮氧化物(NOx)，是目前火電廠煙氣脫氮中研究的最多的。又可以分為濕法煙氣脫氮、干法煙氣脫氮。1.3.1濕法煙氣脫氮包括：酸吸收法、堿吸收法、氧化吸收法、絡(luò)鹽吸收法等；濕法煙氣脫硝是利用液體吸收劑將氮氧化物(NOx)溶解的原理來(lái)凈化燃煤煙氣，其最大的障礙是NO很難溶于水，往往要求將NO首先氧化為NO2，然后NO2被水或堿性溶液吸收，實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝。 濕法脫硝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是脫硝效率較高。因吸收劑種類(lèi)較多，來(lái)源廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，能以硝酸鹽等形式回收 NOx，可達(dá)到綜合利用的目的。但其技術(shù)比較復(fù)雜，設(shè)備容量大不易建造，成本較高

4、，而且易造成溶液的二次污染，目前工業(yè)上應(yīng)用的并不多見(jiàn)。1.3.2 干法煙氣脫氮，其中SCR法最成熟選擇性催化還原法(SCR)、非選擇性催化還原法(SNCR)、吸附法、微生物來(lái)處理含氮氧化物廢氣等。1選擇性催化還原法（SCR） 選擇性催化還原法（SCR） 在含氧氣氛下，還原劑優(yōu)先與廢氣中NO反應(yīng)的催化過(guò)程稱為選擇性催化還原。以NH3作還 原劑,V2O5-TiO2為催化劑來(lái)消除固定源(如火力發(fā)電廠)排放的NO的工藝已比較成熟。也是目前唯一能在氧化氣氛下脫除NO的實(shí)用方法。1979年，世界上第一個(gè)工業(yè)規(guī)模的脫 NOx裝置在日本的Kudamatsu電廠投入運(yùn)行，1990年在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用， 在理

5、想狀態(tài)下，此法NO脫除率可達(dá)90以上，但實(shí)際上由于NH3量的控制誤差而造成的二次污染等原因，使得通常的脫除率僅達(dá)6580。性能的好壞取決于催化劑的活性、用量以及NH3與廢氣中的NOx的比率。NH3-SCR消除NO的方法已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，且具有反應(yīng)溫度較低(573753K)、催化劑不含貴金 屬、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但也存在明顯的缺點(diǎn)：(1)由于使用了腐蝕性很強(qiáng)的NH3或氨水，對(duì)管路設(shè)備的要求高，造價(jià)昂貴（投資費(fèi)用80美元/kW)；(2)由于NH3的加入量控制會(huì)出現(xiàn)誤差，容易造成二次污染；(3)易泄漏，操作及存儲(chǔ)困難，且易于形成(NH-4)2SO4。造成的二次污染2 非選擇性催化還原法非催化選擇性還原法（S

6、NCR法） 該法原理同SCR法，由于沒(méi)有催化劑，反應(yīng)所需溫度較高（9001200），因此需控制好反應(yīng)溫度，以免氨被氧化成氮氧化物。該法凈化率為50。該法特點(diǎn)是不需催化劑，舊設(shè)備改造少，投資較SCR法?。ㄍ顿Y費(fèi)用15美元kW）。但氨液消耗量較SCR法多。日本的松島火電廠的l4號(hào)燃油鍋爐、四日市火電廠的兩臺(tái)鍋爐、知多火電廠350MW的2號(hào)機(jī)組和橫須賀火電廠350MW的2號(hào)機(jī)組都采用了SNCR方法。但是，目前大部分鍋爐都不采用SNCR方法，主要原因如下：（l）效率不高（燃油鍋爐的NOx排放量?jī)H降低3050）；（2）增加反應(yīng)劑和運(yùn)載介質(zhì)（空氣）的消耗量；（3）氨的泄漏量大，不僅污染大氣，而且在燃燒含硫

7、燃料時(shí)，由于有硫酸氫銨形成，會(huì)使空氣預(yù)熱器堵塞。SNCR 是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。1974 年在日本首次投入商業(yè)應(yīng)用，到目前為止，全世界大約有300 套SNCR 裝置應(yīng)用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、市政垃圾焚燒爐和其他燃燒裝置。SNCR 工藝就是把含有氨基的還原劑噴入到鍋爐爐膛中9001 100 的區(qū)域內(nèi)，該還原劑快速熱解成NH3，并和煙氣中的NOx 進(jìn)行還原反應(yīng)，把NOx 還原成N2 和H2O。非選擇性催化還原法受溫度、NH3/NOx 摩爾比及停留時(shí)間影響較大。國(guó)內(nèi)外通過(guò)模擬試驗(yàn)得出氨水最佳噴射溫度范圍為8501 100 ，NH3/NOx 理想摩爾比介于12，停留時(shí)間為1 s 時(shí)，最大NOx 還原率達(dá)到

8、82。SNCR 的應(yīng)用中可能出現(xiàn)一些問(wèn)題：（1）SNCR工藝中氨的利用率不高，容易形成過(guò)量的氨泄漏。氨泄漏造成環(huán)境的污染并形成氨鹽可能堵塞和腐蝕下游設(shè)備。（2）形成溫室氣體N2O。研究表明用尿素作還原劑要比用氨作還原劑產(chǎn)生更多的N2O。（3）如果運(yùn)行控制不適當(dāng)，用尿素作還原劑時(shí)可能造成較多的CO 排放。（4）在鍋爐過(guò)熱器前大于800 的爐膛位置噴入低溫尿素溶液，必然會(huì)影響熾熱煤炭的繼續(xù)燃燒，引發(fā)飛灰、未燃燒碳提高的問(wèn)題。3、SNCR-SCR 聯(lián)合脫硝法混合SNCR-SCR 煙氣脫硝技術(shù)并非是SCR 工藝與SNCR 工藝的簡(jiǎn)單組合，它是結(jié)合了SCR 技術(shù)高效、SNCR 技術(shù)投資省的特點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)

9、的一種新型工藝。Brain 等8研究提出，SCR-SNCR 聯(lián)合技術(shù)可以達(dá)到90的NOx 的去除率，并且NH3 的泄漏率僅為0.000 3%?；旌蟂NCR-SCR 工藝最主要的改進(jìn)就是省去了SCR 設(shè)置在煙道里的復(fù)雜AIG（氨噴射）系統(tǒng)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）在節(jié)省催化劑的情況下，脫硝效率高，能達(dá)到SCR 法的脫硝效率；（2）反應(yīng)塔體積小，空間適應(yīng)性強(qiáng)；（3）與傳統(tǒng)SCR 工藝相比，系統(tǒng)壓降將大大減小，從而減少了引風(fēng)機(jī)改造的工作量，降低了運(yùn)行費(fèi)用；（4）降低腐蝕危害4、近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一些科研人員還開(kāi)發(fā)了用微生物來(lái)處理含氮氧化物廢氣。 采用微生物凈化含NOx廢氣的思路是建立在用微生物凈化有機(jī)廢氣以

10、及利用微生物進(jìn)行廢水反硝化脫氮獲得成功的基礎(chǔ)上，它的凈化機(jī)理是：適宜的脫氮菌在有外加碳源的情況下，利用NOx作為氮源，將NOx還原為最基本無(wú)害的氮?dú)猓摰旧慝@得生長(zhǎng)繁殖。  用微生物進(jìn)行廢氣脫硝是近年來(lái)國(guó)際上開(kāi)始的基礎(chǔ)性研究工作，該法能有效地脫除廢氣中的NOx，具有工藝簡(jiǎn)單、能耗和處理費(fèi)用低、效率高、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。但要實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用還存在一些問(wèn)題：比如微生物的生長(zhǎng)速度相對(duì)較慢，要處理大流量的煙氣，還需對(duì)菌種作進(jìn)一步的篩選；另外微生物的生長(zhǎng)需適宜的環(huán)境；而且微生物的生長(zhǎng)會(huì)造成塔內(nèi)填料的堵塞。與濕法煙氣脫氮相比，干法凈化處理含NOx的主要優(yōu)點(diǎn)是：基本投資低，設(shè)備及工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，脫

11、除NOx的效率也較高，無(wú)廢水和廢棄物處理，不易造成二次污染，故也是目前工業(yè)上應(yīng)用工藝最多的。2、SCR煙氣脫硝技術(shù)2.1 系統(tǒng)構(gòu)成介紹華能云南滇東第二發(fā)電廠#2機(jī)600MW煙氣脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝。脫硝劑為純氨。利用催化劑，促使煙氣中氮氧化物與氨氣供應(yīng)系統(tǒng)注入的氨氣混合后生成還原反應(yīng)，將氮氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)夂退Ｃ撓跸到y(tǒng)是由北京博奇電力科技有限公司設(shè)計(jì)制造，采取選擇性催化還原（SCR）法來(lái)達(dá)到去除煙氣中NOx 的目的。SCR反應(yīng)器采用高灰型工藝布置（即反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間），催化劑購(gòu)自日本BHK公司，其主要成分是以二氧化鈦（TiO2）為載體，負(fù)載五氧化二釩

12、（V2O5）三氧化鎢（WO3）（或五氧化二釩（V2O5）三氧化鉬（MoO3）等活性組份？）SCR工藝系統(tǒng)組成主要包括液氨儲(chǔ)存與供應(yīng)系統(tǒng)、SCR反應(yīng)系統(tǒng)（煙道系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、氨噴射系統(tǒng)）此外還有蒸汽吹灰系統(tǒng)、氮?dú)獯祾叩容o助系統(tǒng)。見(jiàn)示意圖一2.1.1 氨氣的存儲(chǔ)和制備供應(yīng)系統(tǒng)兩臺(tái)機(jī)組共用一套液氨儲(chǔ)存與供應(yīng)系統(tǒng)，外購(gòu)液氨通過(guò)液氨槽車(chē)運(yùn)至液氨儲(chǔ)存區(qū)，通過(guò)往復(fù)式卸氨壓縮機(jī)將液氨儲(chǔ)罐（2個(gè)）中的氣氨壓縮后送入液氨槽車(chē)，利用壓差將液氨槽車(chē)中的液氨輸送到液氨儲(chǔ)罐中；液氨由液氨儲(chǔ)罐輸送至氨蒸發(fā)器（2個(gè)），經(jīng)氨蒸發(fā)器蒸發(fā)成氣氨后進(jìn)入氣氨緩沖罐（1個(gè)）內(nèi)，氣氨經(jīng)管路輸送至混合器內(nèi)，與來(lái)自稀釋風(fēng)機(jī)（每臺(tái)鍋爐2臺(tái)）

13、的空氣混合稀釋后，分別經(jīng)過(guò)每臺(tái)機(jī)組的噴氨格柵送入SCR反應(yīng)器（每臺(tái)鍋爐2個(gè)）。2.1.2 SCR反應(yīng)系統(tǒng)NH3按（NOx /NH3）1:1的比例噴入鍋爐煙氣中，在SCR反應(yīng)器中催化劑的作用下與煙氣中NOx按上述化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到降低排煙中NOx含量的目的。其化學(xué)反應(yīng)式如下：4NO+4NH3+O2 4N2+6H2O6NO2+8NH3 7N2+12H2O6NO+4NH3 6H2O+5N22NO2+4NH3+O2 3N2+6H2O 2.1.3 輔助系統(tǒng)1、吹灰系統(tǒng)由于本廠燃用的煤屬高飛灰型，SCR反應(yīng)器采用高灰型工藝布置（即反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間）且SCR反應(yīng)器和省煤器煙氣均不

14、設(shè)煙氣旁路系統(tǒng)，每層催化劑均布置一組吹灰器，分兩層每層8支共16支吹灰槍?zhuān)乐癸w灰在催化劑上沉積。氨體統(tǒng)管道的氮?dú)獯祾撸?.2運(yùn)行注意事項(xiàng)2.2.1正常投運(yùn)時(shí)，溫度與壓力控制投運(yùn)時(shí)，控制蒸發(fā)器水溫度在4050之間，通過(guò)設(shè)定蒸發(fā)器水溫度來(lái)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器出口氨氣溫度在3550 。投運(yùn)時(shí)，通過(guò)設(shè)定蒸發(fā)器出口壓力，控制SCR反應(yīng)區(qū)氨氣壓力在0.150.4MPa之間。2.2.2正常投運(yùn)時(shí)，氨氣與空氣體積控制運(yùn)行時(shí)，控制氨氣空氣體積之比在5%左右，最高不超過(guò)6%，如果體積濃度之比偏大時(shí)，增加稀釋風(fēng)機(jī)出力。稀釋風(fēng)機(jī)最小風(fēng)量為4509Nm3/h時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)2.2.3正常投運(yùn)時(shí)，脫硝效率控制控制脫硝效率在70

15、90%之間，不超過(guò)90% 。機(jī)組升負(fù)荷或脫硝效率偏低時(shí)，通過(guò)增加蒸發(fā)器出口壓力，每次增加蒸發(fā)器出口壓力設(shè)定值不超過(guò)0.01MPa，控制氨氣流量增加不超過(guò)40kg/h，間隔10分鐘操作一次，控制蒸發(fā)器出力壓力最高不超過(guò)0.4MPa。2.2.4正常投運(yùn)時(shí)，氨區(qū)泄露控制運(yùn)行時(shí)監(jiān)視儲(chǔ)存罐A、B及蒸發(fā)器氨氣泄漏量，如果氨氣泄漏量增加時(shí)且超過(guò)50ppm時(shí)儲(chǔ)存罐噴淋系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，如果噴淋閥沒(méi)有打開(kāi)，立即手動(dòng)打開(kāi)噴淋系統(tǒng)，關(guān)閉氨區(qū)除噴淋閥以外所有閥門(mén)，同時(shí)巡檢人員應(yīng)遠(yuǎn)離泄漏點(diǎn)，直到泄漏量小于5ppm，關(guān)閉噴淋閥。3、 投運(yùn)脫硝后煙氣NOx的減排量投運(yùn)后各負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的原煙氣及含氮氧化物的總量，以500MW負(fù)荷

16、為例計(jì)算。500MW A側(cè)煙氣的入口NOx濃度為454.5ppm,610.1mg/Nm3（DCS顯示測(cè)量值），A側(cè)煙氣的出口NOx濃度為97.16ppm,124mg/Nm3（DCS顯示測(cè)量值），A側(cè)脫硝效率為(454.5-97.16)/454.5*100%=78.6%, 500MW負(fù)荷的總煙氣流量2180t/h（脫硫入口煙氣流量測(cè)點(diǎn)測(cè)得），忽略A側(cè)煙氣與B側(cè)煙氣流量的偏差，A側(cè)煙氣總流量是1090t/h，由下列公式可以推導(dǎo)出SCR反應(yīng)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)煙氣體積，由克拉伯龍方程式pV=nRT可以推出式（1）鍋爐煙氣密度為， （1）氣體狀態(tài)方程 （2） （3） （4）由上面可以推導(dǎo)出 （為SCR反應(yīng)溫度下的

17、煙氣密度，為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣密度， 為SCR反應(yīng)區(qū)下鍋爐煙氣的壓強(qiáng)、體積、溫度， 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐煙氣的壓強(qiáng)、體積、溫度）為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣密度干煙氣取1.34kg/Nm3一小時(shí)內(nèi)A側(cè)煙氣中NOx減排量為（610.1-124）*1090/1.34=395.4kg/hB側(cè)煙氣的入口NOx濃度為465.0ppm,622.3mg/Nm3（DCS顯示測(cè)量值），B側(cè)煙氣的出口NOx濃度為98.6ppm,125.4mg/Nm3（DCS顯示測(cè)量值）, B側(cè)脫硝效率為(465-98.6)/465*100%=78.8%, B側(cè)煙氣總流量是1090t/h，B側(cè)煙氣中NOx減排量為（622.3-125.4）*1090/1.34=404.2kg/h， 500MW負(fù)荷每小時(shí)減排NOx量為799.6kg表一負(fù)荷 600MW500MW400MWA側(cè)入口NOx含量493ppm659mg/Nm3454.5ppm610.1mg/Nm3412.6ppm554.2mg/Nm3A側(cè)出口NOx含量106.3ppm135.6mg/Nm397.2ppm124mg/Nm392ppm117.6mg/Nm3A側(cè)NOx脫去效率78.4%78.6%77.8%B側(cè)入口NOx含量506.2ppm678.6mg/Nm3465.0ppm622.3mg/Nm3422.5ppm566.1mg/Nm3B側(cè)出口NOx含量103