燃煤电厂烟气脱硝技术及其在大气污染物减排中的奉献

燃煤电厂烟气脱硝技术及其在大气污染物
减排中的奉献
***是国家重要的能源基地，煤炭消耗量、发电企业密度及装机容量均居全国同类城市前列，因此节能减排工作非常重要。

文章介绍了***市燃煤火电厂氮氧化物的排放情况，对氮氧化物的形成机理、脱硝原理以及脱硝技术开展了分析,最后阐述了烟气脱硝技术在完成***市减排任务过程中发挥的重要作用。

我国长期以来对火电厂产生大气污染物的控制主要集中在二氧化硫(S02)上，“十二五”初期，国家规划才将氮氧化物(NOX)增设为大气污染物约束性指标，并提出了20**年全国氮氧化物排放量比20**年削减10%的减排目标，某省的减排目标为16.1%。

与此同时，某省政府下达给***市氮氧化物的减排目标是比20**年削减19%,减排目标远远高于国家和某省的目标，减排量居全省首位。

***市是国家重要的能源基地，11187平方公里内拥有33家现役燃煤发电厂，共计92台机组，总装机容量达10000兆瓦，煤炭消耗量、发电企业密度及装机容量均居全国同类城市前列。

仅***城区周边就分布着10家燃煤电厂，对当地的环境空气质量影响很大。

据环境统计数据显示，燃煤电厂氮氧化物排放量在所有行业中的占比稳居榜首。

在***市这个煤炭消耗大市，“十二五”初期，大部分火电厂还未实施脱硝计划，氮氧化物排放量占全市氮氧化物排放总量的68%。

面对如此大的减排压力，***市积极应对，出台了一系列的文件。

文件要求一般控制区单机容量20万千瓦及以上、投运年限20年内的现役燃煤机组全部配套脱硝设施，综合脱硝效率到达70%以上，自20**年9月1日起执行《某省火电厂大气污染物排放标准》，
现有火电锅炉二氧化氮排放浓度应低于IOOnIg/m3,比国家出台的《火电厂大气污染物排放标准》的实施日期早9个月。

为使氮氧化物排放浓度达标，***市各个电厂也逐步开始配套相应的脱硝设施以降低排放浓度。

以下主要针对火电厂氮氧化物控制技术做进一步探讨。

1NOx生成机理
燃料煤中氮的含量一般在0∙52%~141%,主要以有机氮的形式存在，经热裂解产生N、CN、HCN.NH1等中间产物基团，最终经过氧化反应生成NOx。

火电厂烟气中的NoX是指NO、N20、NO2、N204等的混合物，其中最主要的氮氧化物为90%~95%的NO和5%~10%的N02,其产生机理主要有三种：燃料型、热力型和快速型。

1.1燃料型氮氧化物
由燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解又接着氧化而成，在60(ΓC~80(ΓC时就会产生，可占到NoX总量的60%~80%以上，甚至可高达90%。

1.2热力型氮氧化物
当炉膛温度在1350。

C以上时，空气中的氮气在高温下氧化而成，在温度足够高时，可占到NoX总量的20%以上。

当温度低于1350。

C时几乎无热力型NOx生成。

1.3快速型氮氧化物
由燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等在反应区附近快速反应生成，生成量很少，一般小于5%,可忽略不计。

2脱硝原理
废气中主要产物NO难溶于水，被氧化后生成的高价态N02可
溶于水，生成的酸易被碱吸收。

根据此原理从而可到达脱硝的目的降低氮氧化物排放量。

其反应方程式如下：
2N0+02=2N02
2N02+H20=HN03÷HN02
HN02不稳定，会分解为HNo3、NO和H20：
3HN02=HN03+2N0+H20
3脱硝技术简介
目前，我国对于燃烧产生的NoX控制方法主要分为燃烧前控制、燃烧中控制和燃烧后控制。

3.1燃烧前控制
燃烧前控制是指通过改良燃料，即选用低氮燃料，但由于成本过高，因此未得到广泛的应用。

3.2燃烧中控制
在燃烧过程中通过改变燃烧条件的方法来降低NOX的浓度，统称为低氮燃烧技术(1oWNoXBurner,1NB),主要包括降低燃烧区域的氧气浓度和燃烧温度。

以***市20万千瓦及以上现役燃煤机组为例，通过1NB技术可将NOx浓度由700mg∕m3左右降低至400mg∕m3以内，脱硝效率能达41%o但目前国家污染物总量减排核算时认定的
1NB的最高脱硝效率仅为35%o虽然该方法装置简单、投资较少、运行费用低，但是其脱硝效果存在很大的局限性，仅使用炉内1NB技术脱硝不能满足大气污染物排放标准的要求，必须再对燃烧后的烟气开展脱硝处理。

3.3燃烧后控制
在烟道尾部加装脱硝装置，使得烟气中的NoX在一定温度下生成无毒无害的N2和H20。

按照反应环境可分为湿法、干法和半干法。

目前世界上使用较广泛的是干法，主要包括选择性非催化复原法(Se1eCtiVeNon-Cata1yticReduction,SNCR)和选择性催化复原法(Se1ectiveCata1yticReduction,SCR)o
3.4.1SNCR脱硝技术。

SNCR技术是指把复原剂(尿素、氨水等)喷入炉膛温度为850。

C〜I1O0。

C范围内的区域，在无催化剂的作用下将NOx选择性的复原为N2和H20,从而到达降低氮氧化物排放浓度的目的。

但是当锅炉负荷发生变化时，850。

C〜I1o0。

C在炉膛内的位置也会发生变化，因此常在炉墙上开设多层喷氨射口，以使得喷入炉内的氨均能混入温度为850。

C〜I1O0。

C的烟气内。

以尿素做复原剂为例，其反应方程式如下：
(NH2)2C0=NH3+HNC0
4N0÷4NH3+02=4N2+6H20
2N02+4NH3+02=3N2+6H20
2N0+2HNC0+1∕202=2N2÷2C02+H20
由于NO的化学性质不稳定，很容易被氧化成N02,因此NOx
浓度通常以N02计。

该方法的优点是成本价格低、投资少、装置构造简单、改造
方便、便于操作，脱硝效率高于50%,***市多数电厂都采用了SNCR脱硝技术或1NB-SNCR技术相结合，脱硝效果良好。

3.3.2SCR脱硝技术。

SCR技术是指复原剂（NH3、尿素、CO、H2、甲烷、乙烯、丙
烷、丙稀等）在金属催化剂（如V205）作用下，选择性地与烟气
中的NOX反应生成N2和H20。

由于SCR技术采用了催化剂，催化
作用使分解反应的活化降低，反应可在30（TC~42（TC之间开
展，但如果反应温度低于300℃,脱硝设施会退出运行。

主要反应
方程式如下：
N0+N02+2NH3=2N2+3H20
4N0+02+4NH3=4N2+6H20
2N02+02÷4NH3=3N2÷6H20
6N0÷4NH3=5N2+6H20
6N02+8NH3=7N2+12H20
SCR技术是目前国际上应用最广泛的烟气脱硝技术，在日
本、美国等国家的大多数电厂中基本都采用此技术，由于该方法
技术成熟、运行可靠、脱硝效率可高达90%,能将NOX的浓度降至100mg∕m3以内，因此SCR脱硝技术也必然会成为我国烟气脱硝的
主流技术，并得到越来越广泛的应用。

但SCR技术投资和运行维
护成本较高、占地较大，需要使用价格昂贵的金属催化剂，且催
化剂易被堵塞和中毒。

就***市而言，目前仅20万千瓦及以上燃
煤机组采用了SCR脱硝技术。

4结语
截至20**年底，***市火电厂氮氧化物减排总量为78267吨，排放量大幅减少，氮氧化物排放量仅占到全市氮氧化物排放总量的38%。

由图2分析可见，在发电量和燃煤量基本持平的情况下，***市氮氧化物的排放总量除了20**年略升之外，均呈逐年递减的趋势，尤其是20**年政府给电厂施压，使得电厂逐步实施脱硝改造，NOX
减排成效显著。

“十二五”期间，***市突出重点强力推进污染物减排，全面完成了“十二五”总量减排硬指标。

氮氧化物排放量比20**年减少25.21%,完成省下达“十二五”任务的132.69%o下一步的工作重点就是要确保脱硝设施稳定正常运行，牢固来之不易的减排成果。