【正文】 3． SCR 脫硝系統(tǒng)主要包括 氨的儲存系統(tǒng)、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、 SCR 反應(yīng)器系統(tǒng) 等。 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 31 5 結(jié)論 NOX污染是 火力發(fā)電廠 繼二氧化硫污染控制之后當(dāng)前緊迫處理的污染物，本文就當(dāng)前的污染及其控制和應(yīng)用做了分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論： 1． NOX的控制途徑最常用的有兩種：一種是采用低 NOX燃燒技術(shù)，減少鍋爐爐膛內(nèi)煤燃燒生成的 NOX量；另一種是從煙氣中脫除NOX，以減少向環(huán)境的排放量。 (4)采用多介質(zhì)吹灰器 在空氣預(yù)熱器中，采用蒸汽、低壓水和高壓水多介質(zhì)吹灰；蒸汽吹灰采用在線式，低壓水沖洗采用離線操作。采用合并中低溫段，空預(yù)器只設(shè)高溫和低溫兩段，這樣就避免了在硫酸氫氨沉 積區(qū)域分段、空氣預(yù)熱器分段處局部堵灰狀況的惡化造成的瓶頸。同樣是雙波紋型，不同的規(guī)格其防堵灰的性能也會有差別。 防止空氣預(yù)熱器堵灰和低溫腐蝕 的措施 (1) 控制或降低 SO2的氧化率和氨逃逸率 根據(jù)美國巴威公司多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對于含硫量較低的燃煤，不大于 3L／ L的漏氨率和不大于 l％ 的 SO2到 SO3的轉(zhuǎn)化率是比較高的指標(biāo)。脫硝裝置投入運(yùn)行后，在催化劑的作用下，部分 SO2會轉(zhuǎn)化成 SO3，(稱之為 SO2／ SO3轉(zhuǎn)化率 ， 該數(shù)值一般小于 ％ )，使煙氣中 SO3，的含量增加。 空氣預(yù)熱器煙氣阻力增加的原因 早期的有些項(xiàng)目脫硝設(shè)備投運(yùn)后，空預(yù)器的腐蝕和堵灰情況惡化，致使空預(yù)器阻力在較短的時間內(nèi)就增加 50％ 以上。 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 28 催化劑的影響 催化 劑的 SCR 工藝的核心。 接觸時間的影響 圖 45 為在上述實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)溫度等于 319o C 和 NH3/NOX等于 1的條件下，反應(yīng)氣體與催化劑 的接觸時間對 NOX 脫除率影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 從圖 44 可以看到，最初 Nox的脫除率隨 NH3/NOx的增加而增加，隨著到某一值時， Nox 的脫除率反而開始降低，這是由于 NH3的輸入量超過需要時， NH3的氧化副反應(yīng)的速率會增大，從而降低了 Nox的脫除率。隨后 NOX脫除率隨溫度的升高而下降。我國部分已建、在建火電廠煙氣脫硝項(xiàng)目見表 42。首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SCR法煙氣脫硝工程于 2020年 1月 20日在國華太倉發(fā)電有限公司600MW 機(jī)組成功運(yùn)行。因此，通過分級燃燒技術(shù)可保證在鍋爐正常運(yùn)行時 NOx的排放量滿足排放要求，在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時控制 NOx效果較差，排放量將可能超出國家環(huán)?；痣姀S煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 24 要求。 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 23 4 SCR 技術(shù)應(yīng)用分析 SCR 工藝應(yīng)用現(xiàn)狀 SCR工藝 在河南的 應(yīng)用現(xiàn)狀 近年來，河南省新建 600MW 等級超臨界火力發(fā)電機(jī)組已有 20余臺投入運(yùn)行，超臨界火力發(fā)電機(jī)組已成為河南省發(fā)電的主力機(jī)組。 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 22 ②蒸發(fā)槽也裝有安全閥，可防止設(shè)備壓力異常過高。阿安儲量可供機(jī)組脫硝反應(yīng) 7～ 14天，液氨儲罐上安裝有超流閥、逆止閥、緊急關(guān)閉閥及安全閥。因此，在保留省煤器灰斗的基礎(chǔ)上，應(yīng)考慮在 SCR 后布置灰斗，設(shè)置 SCR 灰斗，可以減少進(jìn)入空氣預(yù)熱器內(nèi)的灰量，對空氣預(yù)熱器的安全運(yùn)行有利。聲波吹灰器具有前期投入小、安裝費(fèi)用低、運(yùn)行成本低及維護(hù)費(fèi)用低的特點(diǎn)。 吹灰器的運(yùn)行始于最上層的催化劑，止于最下層催化劑，從上到下，一層接一層吹灰。吹灰器還能夠保持空氣預(yù)熱器通道暢通，從而降低系統(tǒng)的壓降。 反應(yīng)器殼體通常采用標(biāo)準(zhǔn)的板箱式結(jié)構(gòu)，輔以各種加強(qiáng)筋和支撐構(gòu)件來滿足防震、承載催化劑、密封、承受負(fù)載和抵抗應(yīng)力的要求，并且實(shí)現(xiàn)與外界的隔熱?；旌蠔?、導(dǎo)流柵、整流柵的最佳幾何尺寸、安裝形式及設(shè)置的必要性，可通過流體模擬試驗(yàn)方法確定?；旌蠔乓话銥槌示W(wǎng)狀布置的金屬構(gòu)件。 SCR 反應(yīng)器體積的大小是根據(jù)煤質(zhì)、煙氣條件 、煙氣粉塵量、燃燒介質(zhì)元素成分、煙氣流量、 NOX進(jìn)口濃度、脫硝效率、 SOX濃度、反應(yīng)器壓降、使用壽命等因素決定的。催化劑反應(yīng)器有高灰段、低灰段和尾部煙氣段三種布置方式。儲罐內(nèi)的液氨通過出料管至汽化器，蒸氣加熱后汽化位氨氣。 在氨氣進(jìn)裝置分管閥后設(shè)有氨氣預(yù)留閥及接口，在停工檢修時用于吹掃管內(nèi)氨氣。 氨與 NOX在反應(yīng)器內(nèi)，在催化劑的作用下反應(yīng)生成 N2和 H2O。稀釋風(fēng)機(jī)流量一般按 100％負(fù)荷氨量對空氣的混合比為5％設(shè)計(jì)。 ③ SCR 催化劑 目前商業(yè)的 SCR 催化劑一般為 V2O5WO3/TiO2型，其特點(diǎn)是高活性、壽命長、 壓力降小、剛性、易處理。 （ 6） SCR 反應(yīng)系統(tǒng) ①煙氣路線 SCR 反應(yīng)器位于鍋爐省煤器出 口煙氣管線的下游，氨氣均勻混合后通過均流混合裝置進(jìn)入反應(yīng)器入 口。 （ 5）旁路系統(tǒng) 在煙氣脫硝系統(tǒng)中，根據(jù)不同需要，可以設(shè)置 SCR 反應(yīng)器旁路 系統(tǒng) 和省煤器旁路 系統(tǒng) 。 （ 4）吹灰和灰輸送系統(tǒng) 為了防止由飛灰引起催化劑的堵塞，必須除去煙氣中硬而直徑較大的飛灰顆粒， 在省煤器之后設(shè)有灰斗，當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行或檢修吹灰時收集煙道中的飛灰，始終保持煙道中的清潔狀態(tài)。通過在不同負(fù)荷下對氨氣流的調(diào)整，找到最佳的噴氨量。今年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，新型的噴射裝置也得到了使用。 ④液氨存儲和供應(yīng)系統(tǒng)控制可設(shè)在機(jī)組的 DCS 上，就地同時安裝 MCC 手動。 SCR 系統(tǒng)一般由氨的儲存系統(tǒng)、氨 與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、聲煤器旁路、 SCR 旁路、檢測控制系統(tǒng)等組成。但由于過高的煙氣流速導(dǎo)致了嚴(yán)重的沖刷腐蝕，在空氣預(yù)熱器內(nèi)過短的反應(yīng) 停留時間也限制了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)催化劑在“干凈”煙氣中工作時，其工作壽命可達(dá)高灰段催化劑使用壽命的兩倍。 （ 1）高灰段布置 反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，這里的溫度一般在 300～ 400℃范圍，正好適合目前商業(yè)催化劑的運(yùn)行溫度，但此時煙氣中所含有的全部飛灰和 SO2均通過催化劑反應(yīng)器，反應(yīng)器的工作條件是在“不干凈”的高塵煙氣中。設(shè)計(jì)合理的 SCR 系統(tǒng)要求運(yùn)行在接近理論化學(xué)當(dāng)量比時，提供足夠的催化劑量，以便維持較低的氨逃逸水平，大約 2～ 5ppm。典型的SCR 系統(tǒng)采用每摩爾 摩爾氨的化學(xué)當(dāng)量比，因?yàn)橥顿Y成本和運(yùn)行成本取決于消耗的反應(yīng)物的量，實(shí)際的化學(xué)當(dāng)量比是由 SCR設(shè)計(jì)者決定的一個很重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。煙氣和氨在進(jìn)入 SCR 反應(yīng)器之前進(jìn)行混合，如果混合不充分，還原 NOX效率降低。 空間速度大，煙氣在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間短，則反應(yīng)有可能不完全，這樣氨的逃逸量就大，同時煙氣對催化劑骨架的沖刷也大。停留時間長，通常 NOX脫除率高。當(dāng)煙氣溫度接近最佳值時，反應(yīng)速率上升，更少的催化劑量就能實(shí)現(xiàn)相同 NOX的脫除率，催化劑量的減少導(dǎo)致了 SCR 系統(tǒng)資本成本的大幅降低。對于具體應(yīng)用，催化劑的特性包括反應(yīng)溫度范圍、煙氣流速、煙氣特性、催化活性和選擇性以及催化劑的運(yùn)行壽命，另外，設(shè)計(jì)還有考慮催化劑的成本，包括處置成本。 在 SCR 工藝中，催化劑安放在 一個像固體反應(yīng)器的箱體內(nèi)，煙氣穿過反應(yīng)器流過催化劑表面 。主要的化學(xué)方程式是 4NO+4NH3+O2→ 4N2+6H2O （ 21） 6NO+4NH3→ 5N2+6H2O （ 22） 6NO2+8NH3→ 7N2+12H2O （ 23） 2NO2+4NH3+O2→ 3N2+6H2O （ 24） 圖 2－ 1 SCR 反應(yīng)機(jī)理 目前工程中常用的 SCR催化劑主要成分是 V2O5WO3/TiO2系列，可能的反應(yīng)過程是： （ 1） NH3吸附到催化劑表面； （ 2） NO 吸附到催化劑表面； （ 3） NO 上氧原子與 NH3反應(yīng)； （ 4） N 原子和 N 原子形成 N2分子； （ 5） N2分子的脫去。綜合比較， SCR 法由于還原 反應(yīng)溫度要求低，可安裝在 鍋爐尾部，具有對爐膛影響小，脫硝效率高（ 用于電站鍋爐是脫硝效率可達(dá) 85％以上）， 氨逃逸率低等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù) NOX還原作用與還原劑的關(guān)系可以分為非選擇性催化還原（ NonSelective Catalytic Reduction）和選擇性催化還原（ Selective Catalytic Reduction）兩種。按吸收劑的種類可分為氧化吸收法、還原吸收法、絡(luò)合吸收法等。 （ 1）濕法（ Wet process） ,是指反應(yīng)劑為液態(tài)的工藝技術(shù)。 7H2O 作為脫硝的催化劑。燃料過淡部分，因空氣量很大，燃燒溫度降低，使熱力型 NOX降低。因此，電站鍋爐的煙氣再循環(huán)率一般控制在 10％～ 20％。試驗(yàn)證實(shí)，改變再燃區(qū)的燃料與空氣之比是控制 NOX排放量 的關(guān)鍵因素。燃燒所需的其余空氣則通過燃燒器上面的燃盡風(fēng)專門噴口送入爐膛與第一級“ 貧氧燃燒”所產(chǎn)生的煙氣混和，完成整個燃燒過程，此時第二級的燃盡過程是在α＞ 1 的 條件下進(jìn)行的，故 分級燃燒法。 空氣分級燃燒 根據(jù) NOX的生成機(jī)理，燃燒區(qū)的氧濃度對各種類型的 NOX的生成濃度均影響很大。 因此 ， NOX 的控制途徑最常用的有兩種：一種是 采用低 NOX 燃燒技術(shù)，減少鍋爐爐膛內(nèi)煤燃燒生成的 NOX量；另一種是從煙氣中脫除 NOX，以減少向環(huán)境的排放量。 根據(jù) 的 NOX的形成特點(diǎn)，把 NOX的控制措施分成燃燒前 處理 、燃燒中 處理 和燃燒后處理三類。據(jù)測算，我國 2020 年氮氧化物的排放量為1500 萬噸，如果不加以控制，預(yù)計(jì)到 2020 年氮氧化物的排放量將達(dá)到 1765 萬噸，到 2020 年氮氧化物的排放量將達(dá)到 2639 萬噸。 我國是以煤炭為主要一次能源的國家 , 以燃煤 電 為主的電源結(jié)構(gòu)在未來幾十年內(nèi)不會改變，但煤電的發(fā)展必然會帶來日益嚴(yán)重的排放污染問題。其中重點(diǎn)地區(qū) NOx（氮氧化物）排放量達(dá)到 200 毫克 /立方米 ,非重點(diǎn)地區(qū)則為 400 毫克 /立方米。我國長期以來對火電廠產(chǎn)生的大氣污染物的控制主要集中在煙塵和二氧化硫上， 對氮氧化物排放的治理尚處于起步階段，對氮氧化物的總量控制也剛列入工作日程 ，控制標(biāo)準(zhǔn)如表 01 所示 。據(jù)專家預(yù)測，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長和城市化進(jìn)程的加快，中國氮氧化物排放量將繼續(xù)增長。 根據(jù)燃煤電站產(chǎn)生的 NOX 可分為兩類，一是 燃料型 NOX，它是 由于燃料中的有機(jī)氮在燃燒過程中離子析出與含氧物質(zhì)反應(yīng)而形成 NOX ，二是 熱力型 NOX，它是 在高溫燃燒時，空氣中的 N2 和O2 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的 NOx 。此外， NOx 還導(dǎo)致光化學(xué)煙霧和酸雨的形成。 圖 01 NOX 的排放量 2020 年我國單位發(fā)電量的氮氧化物排放水平為 克 /千瓦火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 2 時，同世界主要工業(yè)國家比較，高于美國、日本、英國、德國等發(fā)達(dá)國家 1999 年的單位發(fā)電量排放水平。 國外對氮氧化物進(jìn)行嚴(yán)格控制已經(jīng)有近 20 年的歷史。 2020 年環(huán)保部出臺的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (征求意見稿 )》中，將火電廠的脫硝完成時間定在 2020 年 1 月 1 日。從 2020 年 1 月 1 日開始 ,要求重點(diǎn)地區(qū)所有火電投運(yùn)機(jī)組 NOx排放量達(dá)到 100mg/立方米 ,而非重點(diǎn)地區(qū) 2020 年以前投產(chǎn)的機(jī)組達(dá)到 200mg/立方米。氮氧化物成為繼二氧化硫之后燃煤發(fā)電污染物治理的重點(diǎn)。 燃料 型 NOX的產(chǎn)生是由于燃料中的 有機(jī) 氮在燃燒過程中離子析出與含氧物質(zhì)反應(yīng)而形成 NOX，與燃料中氮元素的 含量有關(guān)系；熱力型 NOX的產(chǎn)生是在 高溫燃燒時，空氣中的 N2和 O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 形成的 NOx，與爐膛燃燒的狀況有關(guān) 。燃燒后脫氮主要指煙氣脫硝技術(shù)，脫除效率高，隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，高效率的煙氣脫硝技術(shù)將是主要的發(fā)展方向。該技術(shù)的基本思路是：形成缺氧富燃區(qū)并設(shè)法降低局部高溫區(qū)的燃燒溫度以抑制 NOX的生成，并使溫度和氧濃度的高點(diǎn)值不同時存在；減少燃料周圍的氧濃度，形成還原性氣氛并加入還原劑，使以生成 的 NOX被還原。因此，第一級燃燒區(qū)的主要作用就是抑制 NOX的生成并將燃燒過程推遲。為了保證在再 燃區(qū)的不完全燃燒產(chǎn)物的燃盡，在再燃區(qū)的上面還需布置燃盡風(fēng)專門噴入 ，以保證二次燃料的完全燃燒。但是，隨著再循環(huán)煙氣量的增加，燃燒會趨于不穩(wěn)定，不 完全燃燒損失也會增加。燃料過濃部分因氧氣不足，燃燒溫度不高，所以燃料型 NOX和熱力型 NOX都很低。 煙氣循環(huán)流化床脫硫脫硝技術(shù) Lurgi GmbH 首先研究了煙氣循環(huán)流化床（ CFB）聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)，該方法用消石灰作為脫硫的吸收劑，氨作為脫硝的還原劑，F(xiàn)eSO4 煙氣脫硝技術(shù) 煙氣脫硝工藝可以分為兩大類：濕法和干法。 非催化法脫硝技術(shù) 非催化法脫硝技術(shù) 包括以下幾種： (1)吸附法 吸附法是利用吸附劑（分子篩、活 性炭、硅膠和泥煤等）比表面積大的特點(diǎn)，對 NOX進(jìn)行選擇性吸附，在吸附劑上添加催化劑對 NOX進(jìn)行表面催化還原，進(jìn)一步處理吸附的 NOX 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析