火电厂氮氧化物减排及SCR烟气脱硝技术探究沈伟

火电厂氮氧化物减排及SCR烟气脱硝技术探究沈伟

沈伟

(合肥热电集团有限公司安徽合肥230051)

摘要：氮氧化物属于一种有毒有害气体，对人类和环境具有非常严重的威胁，如果不对其进行控制，则会对自然环境造成破坏。针对不断恶化的形势，对氮氧化物进行控制势在必行。而火电厂作为排放氮氧化物的主要地点，必须要采用先进的技术，对氮氧化物排放量进行有效控制。本文通过对火电厂氮氧化物减排及SCR烟气脱硝技术进行研究，希望对减少氮氧化物的排放量有所帮助。

关键词：火电厂；氮氧化物；SCE烟气

引言：自改革开放之后，我国经济呈快速发展的态势，但与此同时，也对我国环境造成了严重的影响，大气污染日益严重，生态环境不断恶化，从而导致一系列不良后果的出现，不仅阻碍了社会经济的发展，还严重威胁了人民群众的安全。因此，加强环境保护力度，提高空气质量，保障人民群众的人身安全，已经成为社会的热点话题。在这种背景下，对火电厂氮氧化物减排及SCR烟气脱硝技术进行研究，具有十分重要的意义。

一、氮氧化物的形成机理

众所周知，煤炭在燃烧过程中，会产生大量的氮氧化物，这种方式生成的氮氧化物，其组成部分包括一氧化氮和二氧化氮，还有少许的一氧化二氮，这些化学物质被统称为氮氧化物。燃料含硫量是决定二氧化硫生成的主要原因，而影响氮氧化物浓度的条件有两种，第一种是燃烧温度；第二种是过剩空气系数。在大部分情况下，一氧化氮是煤炭燃烧主要生成的氮氧化合物。其含量占据氮氧化物的96%，而二氧化氮的比重为4%左右。

在煤炭燃烧时，生成氮氧化物的方式主要分为三种，分别为燃料型氮氧化物、热力型氮氧化物和快速型氮氧化物。

1.燃料型氮氧化物的生成方式

燃料中包含的氮氧化合物在燃烧时，被热能分解生成的氮氧化物，就是所谓的燃料型氮氧化物。普通的煤炭，其含氮量大约介于0.6%-2.6%之间，一般会以氮+碳的形式组合为氮环状化合物。燃料型氮氧化物占据了煤炭燃烧产生氮氧化物的绝大部分，因此，这种氮氧化物是火电厂产生氮氧化物的主要方式。

2.热力型氮氧化物的生成方式

热力型氮氧化物是在燃烧过程中，空气中的氮会在高温条件下与氧气发生化学反应生成的氮氧化物。其组成部分主要是一氧化氮和二氧化氮，以一氧化氮居多。

3.快速型氮氧化物的生成方式

快速型氮氧化物是燃料燃烧过程中，燃料中的碳氢离子团与空气中氮气发生反应，而生成的氮氧化物。

二、火电厂控制氮氧化物的技术

火电厂在生产过程中会使用大量的煤炭，而煤炭燃烧会生成大量的燃烧型氮氧化物，如果不对其进行控制，则会对大气环境和人体健康造成非常严重的威胁。控制火电厂燃烧型氮氧化物的技术十分复杂，为强化控制效果，达成节能减排的目的。国外早在上世纪50年代就开始研究氮氧化物控制技术，并取得了显著的成效，研制出了一些控制氮氧化物的技术，具体分为两类，一类是尾部烟气脱硝技术，另一类是低氮燃烧技术。

（一）低氮燃烧技术

截止到目前，低氮燃烧技术是世界范围内应用范围和应用效果最为显著的氮氧化物控制技术。其减排原理是对设备的燃烧条件进行控制，以减少氮氧化物的生成量。具体而言，就是通过控制温度、降低烟气中氧的浓度、并减少烟气在高温区停留时间等方式的应用，对氮氧化物生成进行阻止或破坏的一种方法。在火电厂中应用这项技术，可以减少40%的氮氧化物产生量。虽然该技术可以被分为许多种，但总体来说，主要分为运行条件和燃烧方法的改善。

（二）尾部烟气脱硝技术

尾部烟气脱硝技术的控制原理为，对尾部烟气中的氮氧化物进行吸附和还原，以达成氮氧化物减排的目的。该技术可以细分为三类，主要包括干湿结合、干法和湿法。为确保技术的可行性和实用性，现阶段，干法中的SCR烟气脱硝技术和SNCR技术应用范围较广，且相较成熟。而其他技术尚处于理论研究阶段，无法被实际应用。

1.SCR烟气脱硝技术

SCR也可以被称作选择性催化还原技术，通过催化剂的使用，使烟气中的氮氧化物与还原剂发生化学反应，并生成无毒的二氧化碳和氮气的一种氮氧化物减排技术。所生成的化学物质，会被排放到大气之中，这项技术的应用大大减少了氮氧化物的生成量，起到了保护环境的作用。

2.选择性非催化还原烟气脱硝技术

这种烟气脱硝技术与SCR烟气脱硝技术相比，可以不使用催化剂，在高温环境下利用还原剂，即可实现对氮氧化物的有效还原。

3.选择性催化还原和选择性非催化还原混合烟气脱硝技术

选择性催化还原和选择性非催化还原混合烟气脱硝技术不是单纯的技术结合，而是二者优点的结合，属于一种兼具高效性和经济性的新型减排工艺。选择性非催化还原烟气脱硝技术的应用，可以省去选择性催化还原技术在烟道中设置的氨喷射系统。

三、几种常用氮氧化物减排技术经济性对比

国外在上世纪50年代，就已经着手研究氮氧化物减排技术，到了70年代后，已经取得良好的效果，尤其是低氮氧化物技术已经趋于完善，经济性和可行性非常高。但是，在烟气排放标准非常严格的今天，传统的低氮氧化物技术无法与需求相匹配，例如：在日本和德国等国家，为进一步提高氮氧化物减排效果，已经在各大火电厂中应用了烟气脱硝装置，从而实现了氮氧化物产量降低的目的。

氮氧化物减排技术的应用效果，会受到诸多方面因素的影响，以低氮氧化物技术为例，其脱销的最大效率不超过40%，因而，使用这种技术，无法对烟气中的氮氧化物进行有效的把控，一般情况下，烟气中氮氧化物的浓度高达400mg/m³。这与当前实施的排放标准存在着显著的差距。在十二五之后，我国颁布实行了新的污染物排放标准，专门针对火电厂氮氧化物作出了说明。火电厂烟气中氮氧化物的浓度不能高于100mg/m³，因而，在我国推行SCR烟气脱硝技术刻不容缓，势在必行，究其原因，主要是SCR脱硝技术兼具以下方面的优势：一是成熟性高；二是维护便捷；三是脱硝率高；四是经济性强。基于上述优势，促使其成为国内外认可的烟气脱硝技术。

四、SCR烟气脱硝技术

SCR烟气脱硝技术是世界成熟性最高，且应用范围最广泛的烟气脱硝技术，将其应用于我国火电厂，对于降低火电厂氮氧化物排放量来说，具有十分重要的作用。近些年，我国各大火电厂纷纷应用这项技术，实现了对氮氧化物排放量的有效控制，以某火电厂为例，在应用SCR烟气脱硝技术之后，该电厂每年的氮氧化物排放减少量约为13000吨。

（一）SCR烟气脱硝的原理

SCR烟气脱硝的技术原理为，在规定温度范围内，通常温度介于270-430度之间，并且存在催化剂的情况下，通过还原剂有选择性的与氮氧化物发生反应，生成无污染的二氧化碳和氮气的一种氮氧化物减排技术。选择性主要是指催化剂会在脱硝过程中，将氮氧化物进行还原，促使其变为氮气。而烟气中的部分二氧化硫，则会被氧化成为三氧化硫。其反应方程式为：

4NO+4NH3+O2-4N2+6H2O;

6NO2+8NH3-7N2+12H2O;

其基本工作流程为将还原剂NH3喷洒到锅炉的合适位置上，还原剂氨气会与烟气进行混合，然后通过脱氮反应器，反应器中具有多层催化剂，一般情况下为4层，在催化剂的影响下，NOx和氨气会发生还原反应，继而生成氮气和水。SCR的反映温度为280-400℃，催化剂最好选择以TiO2为载体的混合物。

（二）SCR烟气脱硝技术研究进展

美国拥有SCR烟气脱硝技术的发明权，美国人在上世纪50年代，首先提出了SCR烟气脱硝这一概念，并且在1959年申请了这项技术的专利，由日本在20世纪70年代进行研发，在1978年实现了应用。经过不断的发展和完善，这种技术的发展已经十分成熟，在工业领域中取得了显著的应用效果。尤其是在火电厂中应用这项技术，烟气脱硝率可达90%以上。

结论：综上所述，在社会经济发展的同时，我国大气环境也遭受了严重破坏，火电厂作为电力生产地之一，在生产电能的过程中，会燃烧大量的煤炭，而煤炭燃烧会生成含有高浓度氮氧化物的烟气，如果不对其进行控制，会影响环境和人体的安全。将SCR烟气脱硝技术应用于火电厂之中，可以取得良好的效果，有利于降低氮氧化物的浓度，从而实现减排的目的。

参考文献：

[1]田舜尧,阎维平,李永生.利用电站锅炉耦合秸秆直燃炉提高再热汽温和SCR烟温经济性分析[J].热力发电,2019,48(02):9-15.