燃烧过程中的烟气脱硝

燃烧过程中的烟气脱硝

陈坤

（长沙理工大学集控1102班）

摘要: 火电厂燃煤中排放的氮氧化物( NOx ) 是造成大气污染的主要成分, 如

何经济有效地控制燃煤中SO2和NOx 的排放量是我国乃至世界节能减排领域中急需解决的关键问题。文章综述了国内外火电厂脱硫脱硝技术的发展和应用、脱硫脱硝一体化技术的发展趋势, 着重介绍了世界上主要脱硝技术的分类、技术特点和应用, 包括联合脱硫脱硝、同时脱硫脱硝在内的脱硫脱硝一体化原理、特点和应用前景, 对火电厂脱硝和脱硫脱硝一体化技术的应用具有一定参考价值。

关键词: 节能减排; 燃煤火力发电厂; 氮氧化物( NOx ) ; 脱硝( 脱氮) ; 低NOx 燃烧; 烟气脱硝; 脱硫脱硝一体化;联合脱硫脱硝; 同时脱硫脱硝

1. 引言

煤炭是一种重要的能源资源, 当今世界上电力产量的60%是利用煤炭资源

生产的。中国又是一个燃煤大国, 一次能源能源76%是煤炭, 到2005 年我国煤年产量达20 亿t, 其中一半用于燃煤电厂,燃煤发电量约占全国总发电量的70% 左右。煤燃烧排放烟气中含有硫氧化物SOX ( 主要包括: SO2、SO3 ) 和氮氧化物NOx ( 主要包括: NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5 ) , 其中SO2、NO 和NO2 是大气污染的主要成分, 也是形成酸雨的主要物质。脱硫( Desulfurizat ion ) 、脱硝( Denit rif ication) ( 亦称脱硫脱氮) 是除去或减少燃煤过程中的SO2和

NOx , 如何经济有效地控制燃煤中SOX和NOx 的排放量是我国乃至世界节能

减排领域中急需解决的关键问题。本文主要阐述火电厂脱硝技术和脱硫脱硝一体化的发展趋势, 有助于推动我国火电厂脱硝和脱硫脱硝一体化技术的应用, 以减少燃煤电厂氮氧化物NOx 的排放。氮氧化物排放量NOx 排放量近70% 来自于煤炭的直接燃烧, 火力发电厂是NOx 排放的主要来源之一, 其中染大气的主要是N O 和N O2。降低N Ox 的污染主要有二种措施: 一是控制燃烧过程中NOx 的生成, 即低NOx 燃烧技术, 亦称一级脱氮技术; 二是对生成的NOx 进行处理, 即烟气脱硝技术,亦称二级脱氮技术。目前低NOx 燃烧技术主要有二段燃烧法、炉内脱氮( 三段燃烧) 、烟气循环法和低NOx 燃烧器等, 而烟气脱硝是近期内NOx 控制中最重要的方法, 目前脱氮效率最高、最为成熟的技术是选择性了一个新兴的节能产业, 出现了专业的节能企业,产业的疆域在不断延伸, 市场规模

日益扩大。尽管尚缺乏权威的统计数据, 但可从美、加节能市场的情况窥其一斑: 美国有专业节能企业2 100 多家, 仅纽约州的营业额就达85. 5 亿美元; 加拿大的节能服务市场则达200 多亿加元。

2. 国内外NOx排放标准

自20世纪70年代初日本和美国率先实施控制SO2排放战略以来，许多国家相继制定了严格的SO2排放标准(表1-5)和中长期控制战略，加速了控制SO2的步伐，大大促进了有关控制技术的发展，使SO2排放在短短的十多年问，得到了大幅度的削减。与SO2排放控制战略相比，NOx排放控制相对较晚，但到90年代初，发达国家均制定出严格的NOx排放标准，如表1-6所示。

3.常见的脱硝技术

对于燃煤NOx的控制主要有燃料脱氮(即燃烧前脱氮)、改进燃烧方式和生产工艺(即燃烧中脱氮)和烟气脱硝(即燃烧后脱氮)三种方法。前两种方法是减少燃烧过程中NOx的生成量，第三种方法则是对燃烧后烟气中的NQ进行治理。

燃烧前脱氮主要将燃料转化为低氮燃料，成本太贵，工程应用较少。燃烧中脱氮是根据N(一的形成机理而产生的，主要有低氧燃烧法、二段燃烧法、烟气再循环法等，这种技术费用较低，脱硝率不高，而且一些低Nq燃烧技术和设备有时会降低燃烧效率，造成不完全燃烧损失增加，设备规模随之增大。燃烧后脱氮主要指烟气脱硝技术，脱硝率较高，是近10年内N(L控制措施中最重要的方法。按脱硝剂及脱硝产物在反应过程中的干湿状态可分为干法、湿法、和干一

湿结合法三大类；干法可分为选择性催化还原法、选择性非催化还原法、吸附法、高能电子活化法；湿法可分为水吸收法、络合吸收法、稀硝酸吸收法、氨吸收法、亚硫酸铵法、弱酸眭尿素吸收法等；干一湿结合法是催化氧化和相应的湿法结合而成的一种脱硝方法。

按烟气脱硝工艺的不同可分为气相反应法、液相吸收法、吸附法、液膜法和微生物法等几类。气相反应法又包括三类：一是电子束法和脉冲电晕等离子体法；二是选择性催化还原法、选择性非催化还原法和炽热碳还原法；三是低温常压等离子体分解法等。第一类是利用高能电子产生的自由基将NO氧化为N02，再与H2O和NH3作用生成NH4NO3并加以回收利用，可同时脱硫脱硝；第二类是在催化或非催化条件下，用NH3、C等还原剂将N晚还原为无害N2的方法；第三类则是利用超高压窄脉冲电晕放电产生的高能活性粒子撞击NOx分子，使其化学键断裂分解为O2和N2的方法。以上方法中，脉冲电晕等离子体法和分解法处于试验阶段。表1-1为各种烟气脱硝工艺的比较。

3.1湿法烟气脱硝技术

液体吸收法烟气脱硝又可称为湿法烟气脱硝，主要包括水吸收法、酸性吸收法、碱中和吸收法、氧化吸收法、液相还原吸收法等。液体吸收法烟气脱硝工艺技术要点如表1—2所示，这些脱硝方法消耗大量吸收剂，吸收产物会造成二次污染，我国化工行业废气处理常采用这些方法，对NO中以NO为主的燃煤烟气不太适合。

从表1-2中也可以看出，湿法脱除NOx的困难在于NO的惰性，NOx脱除的立足点是强化NO的吸收。络合吸收法就是一种强化吸收NO的方法。

3.2干法烟气脱硝技术

1．选择性非催化还原法SNCR(Selective Non-Catalytic Redction) 选择性非催化还原是向烟气中喷氨或尿素等含有NH。基的还原剂，在850～1100℃范围内没有催化剂还原Nq的方法。还原剂迅速热分解和烟气中的Nq反应，迅速生成N2和H2o。最重要的化学反应方程式是

氨为还原剂：4NH3+6NO一5N2+6H20 (1一1)

该反应主要发生在950℃的温度范围内，这是一个可逆的反应，当温度更高，超过反应温度时，氨就会被氧化成Nq。

尿素为还原剂：

4NH3+502—4No+6H20 (1—2)

(NH4)2Co一2NH2+CO (1—3)

NH2+No—N2+H20 (1—4)

No+Co—N2+C02 (1—5)

在SNCR还原NOx的过程中，由于烟气中的02浓度一般比Nq浓度高许多，要耗去大量的还原性气体；由于采用不同燃料气作为还原剂，其起燃温度不同，要求的预热温度也不同；实际运行时脱氮效率也较低，通常当NH3／NO3摩尔比为1．2～1．5时，脱硝效率只有35％～45％。