燃煤电厂低氮燃烧与烟气脱硝SCR技术联用的研究

燃煤电厂低氮燃烧与烟气脱硝SCR技术联用的研究

姜浩

（茂名臻能热电有限公司广东茂名525000）

摘要：当前，在保护环境的背景下，节能减排已成为发展趋势。在我国的“十三五”期间，对环境保证提出了更高的要求。对NOx污染物的有效控制成为燃煤电厂环境保护的主要工作方向。在本文中，重点说明了燃煤电厂NOx产生的类型，并分析了煤在燃烧过程中以及燃烧后对NOx进行脱离的技术发展状况，并说明了低氮燃烧与烟气SCR脱硝技术联合应用情况。这类技术是控制NOx排放的有效方式。当前，低氮燃烧技术和烟气脱硝技术具有许多的优势，可以广泛应用于燃煤电厂的烟气控制。

关键字：脱硝；低氮燃烧技术；烟气脱硝SCR技术；联用

1.前言

当前，伴随着现代工业的快速发展和汽车保有量的不断增加，NOx向大气排放的数量也在不断地增加。NOx主要来源于燃料的燃烧，包括煤、石油以及天然气等。NOx的过量排放破坏了环境，形成了酸雨现象，产生光化学烟雾以及PM2.5（是由极细小的颗粒物吸附了NOx和SO2等污染物后形成的），这些对环境造成了严重污染，环境问题直接影响到了人体健康，这种危害会持续发生作用，造成的危害覆盖面大。

当前，世界各国都注重环境保护问题，所以对于NOx排放标准和数量提出了越来越高的要求，我国也非常重视污染物的减排，在“十三五”规划也将NOx控制数量列入到了减排指标，对排放总量进行了限制。按照规定要求，到2017年全国的NOx排放总量在控制在2136.2万吨以下，要比2016年的排放总量2473.8万吨减少10%。为了对污染物排放进行有效控制，在2015年9月，国家环保部下发了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2015），在这个标准中，对NOx的排放限值做了进一步的明确，依据标准的规定：从2016年1月1日起，所有新建改建扩建的火电厂发电机组的NOx排放标准为小于100mg/m3，对于高硫地区，如广西、重庆、四川、贵州等地区执行的NOx排放标准为200mg/m3；依据规定，从2016年7月1日起，现在用于生产的各个火电机组也要执行上述标准；在《重点区域大气污染防治“十三五”规划》中明确规定了47个重点地区要执行特别排放标准，规定的标准限值为100mg/m3。该项标准和2003版的标准相比，对于NOx的排放标准控制更加严格。当前，在一些发达国家，新建的火电机组NOx排放的允许限值均超过了100mg/m3。所以，这项新标准是国际上要求最严格的火电机组NOx含量排放标准，国内的火电企业为了保证排放物能够达到这个排放标准的要求，就要采用新技术，而高效脱硝技术可以有效控制NOx的排放总量。

2.煤燃烧时产生的NOx类型

煤在进行燃烧的过程中，燃烧反应生成物的一部分是NOx，在煤燃烧的过程中，产生的NOx主要包括NO和NO2。在通常情况下，煤经过燃烧后，排放的烟气中主要成份是NO，在NOx的总量中大约有95%左右，而NO2的比例很小，仅占5%左右。煤在燃烧的过程中，生成物中NOx有三种不同的类型：热力型的NOx、燃料型的NOx以及快速型的NOx。热力型的NOx生成的数量主要和燃烧的温度有关，当煤燃烧的温度超过1300℃时，会有较大的生成量；燃料型的NOx是煤发生燃烧时，生成NOx的主要来源。煤在锅炉燃烧的过程中，燃料型的NOx占多数，它占NOx生成总量的90～95%。快速的型NOx生成量通过情况下比例很低，一般会占到总NOx生成量的5%以下。

3.低氮燃烧技术

低氮型的燃烧技术可以减少燃烧中NOx的生成量，这项技术是通过控制燃烧条件达到控制标准。我国也非常重视低氮燃烧技术的研究工作，在上世纪80年代，我国着手开始研究。低氮型的燃烧技术主要包括对空气实施分级燃烧，燃料燃烧中的分级、烟气燃烧的再循环以及燃烧器的低氮燃烧等技术。为了有效控制燃烧时NOx的生成数量，通过对空气进行分级燃烧、分级燃烧燃料和再循环烟气燃烧技术应用于燃烧器，这样烟气中氧的浓度和燃烧的温度会尽可能地降低，在燃烧过程中最大限度的减少NOx的生成。采用该技术时，非常简单易行，原来的燃烧器被低氮燃烧器替换即可实现控制NOx排放的目的。当前该技术已普遍采用，许多新建的300MW及以上火电机组在使用此项技术；对于现在使用的机组，该项技术也可以通过改造很容易实现。当前被广泛应用的是比较经济的NOx控制技术，实施低氮燃烧技术，NOx的排放量可以降低40—50%。

4.催化还原（SCR）选择性脱硝技术

目前应用最广泛，脱硝效率最高的NOx脱除技术是SCR脱硝技术。这项技术是在有氧的条件下，通过催化剂的作用，在适合的温度范围内（320—380℃）使烟气中的NOx和还原剂NH3发生还原反应生成N2和H2O，这样可以有效去除烟气中NOx的含量。

在SCR反应器中，可以依据所处锅炉与烟囱之间烟道的特点进行布置。由于位置的不同可以采用高尘区和低尘区两种不同的布置方式。采用高尘区的布置方式，烟道系统的构造很简单，不会产生大的压力损失，反应器内的温度比较适合，所以不需要额外的热源加热需要处理的烟气，所以设备的造价比较低，运行成本也比较低。所以，SCR反应器通过会在设计中采用这种布置方式。在SCR脱硝技术中，催化剂是非常重要的组成部分，催化剂依据催化原理不同可以分为贵金属类、金属氧化物类、沸石分子筛类以及活性炭类催化剂，这四种比较常用。当前，在火电厂，最常用的催化剂是以TiO2金属氧化物型为载体的V2O5/WO3式催化剂。催化剂的载体形式主要有三种类型，分别是蜂窝式、平板式以及波纹式。国外有研究机构测试了这三种不同类型催化剂的脱硝效果。结果表明，“其它两种的效果不一定强于第三种”，说明三种催化剂的脱硝效果没有很大的差别。

5.低NOx燃烧与烟气SCR脱硝技术联合使用

环保部下发的[2015]10号文件，在《火电厂氮氧化物防治技术政策》有明确规定：“燃煤电厂氮氧化物控制技术中，低氮燃烧作为首选技术”。由于低氮燃烧技术的投资费用低，几乎没有运行费用，在使用中，锅炉中不需要添加任何的脱硝和还原剂，通过控制燃烧的方式就可以从源头上控制NOx的生成总量。但是在现有技术条件下，仅使用低氮燃烧技术还不能保证污染物达到排放标准，使用烟气脱硝技术中的SCR技术还可以进行深层次的脱硝。作为一项可以进行深层次脱除NOx的控制技术，SCR技术是当前NOx排放技术中最有效的控制技术，它的特点是脱硝效率高，氨逃逸率低。可以将NOx的排放浓度进行有效控制，达到新标准要求的排放浓度之下。将这两种技术联合使用可以明显提高NOx的脱除效率，NOx排放浓度可以降低。

6.结语

我国的“十三五”期间，环境保护中减少NOx的排放将成为污染物控制的重点，环保部已和各个电力集团签订了污染物减排目标责任书，制定了相关的减排目标，依据责任书要求新建机组以及300MW以上现有机组必须要有脱硝设施。火电厂要大力推广低氮燃烧和烟气SCR脱硝技术联合使用，有效控制NOx的排放总量。当前环保部对于这两种技术联合使用的也有很高的认可度，这也有利于将这两项技术广泛应用于各个燃煤电厂的减排中。

参考文献：

[1]王文栋.燃煤锅炉氮氧化物排放特性研究及烟气脱硝催化剂的研制.山东大学，2015.

[2]冯小波.控制大气污染物排放促进电力工业可持续发展.电力设备市场，2015，6（5），104～106.

[3]王宝山.燃煤锅炉大气污染物净化技术手册.北京：中国电力出版社，2016.

[4]李云贵，张万群.国内火电厂脱硝技术发展现状及建议.重庆市电机工程学会学术会议，2015，549-554.