烟气脱硝工艺

综述燃煤电厂烟气脱硝技术

摘要：人们对空气质量的要求越来越高，氮氧化物污染引起了人们的广泛注意。废气脱硝工艺一直是研究重点。本文通过对比燃煤电厂的脱硝的各种工艺，选出了最优工艺——SCR技术，本文综述了SCR的原理、国内外研究状况、应用情况及运行费用。通过本文可以使人们更好的了解燃煤电厂脱硝工艺。

关键字：烟气脱硝；低NO X燃烧技术；SCR技术

Summary of coal-fired power plant flue gas denitrification technology

Abstract: People on air quality have become increasingly demanding, nitrogen oxide pollution has aroused extensive attention. Exhaust gas denitration process has been a research priority. By contrast coal-fired power plant denitration various processes, optimum process --SCR elected technology, this paper reviews the SCR principle, research status, applications and operating costs. Through this allows people to better understand the coal-fired power plant denitrification process.

Key words: Flue gas denitrification ; Low NO X Combustion Technology ;SCR

氮氧化物是大气主要污染物之一。通常所说的氮氧化物有多种不同形式，如N2O、NO、NO2、N2O3和N2O5等，其中NO和NO2所占比例最大，是最重要的大气污染物[1]。NO X排入大气后，通过物理、化学作用，引发一系列的环境问题。对人体健康和生态环境造成威胁[2]。

氮氧化物的产生途径主要有一下几个方面：1.机动车辆排放的尾气2.工业生产过程中产生了氮氧化物3. 燃烧过程产生的氮氧化物。其中燃烧过程产生的氮氧化物包括热力型、瞬时型和燃料型[3]。

机动车排气量较小，排放源流动分散。主要采用机内净化的方法去除氮氧化物[4]。某些工业生产过程也会排出NO X废气，一般来说，它具有成分相对比较单一和气量小的特点，此类废气在治理中多采用湿法，并且尽量将分离出来的NO返回原生产系统，或者形成新的副产品，或者加以无害化处理[5]。在燃烧过程中，控制NO X的排放有两种途径：一种是在锅炉燃烧中控制燃料的燃烧，减少氮氧化物的生成；另一种是对烟气进行处理，消除烟气中的氮氧化物[6]。

交通运输、电力和火电厂排放的NO X占全部排放量的90%以上[7]。电力工业又是燃煤大户。具预测，到2020年，原煤消耗将达到20.5亿~29.0亿吨，燃煤产生的NO X将急剧增加[8]。由于火电厂燃烧所产生的NO X所生成的含量最多且成分较复杂，所以引起了人们的广泛重视。所以本文主要介绍燃煤电站烟气脱硝技术。

1 烟气脱硝工艺比选

烟气脱硝是指从烟气中去除氮氧化物，是世界各国控制氮氧化物污染、防治酸雨危害的主要措施[9]。据火电厂燃煤锅炉调查，一般采用低氮氧化合物燃烧技术（包括低负荷稳燃改造）的锅炉排烟中氮氧化物的浓度为500~900mg/m3，而未采用低氮氧化合物燃烧技术的锅炉排烟中NO X的质量浓度定700~1300mg/m3之间，平均1000g/m3左右。所以在烟气脱硝之前先采用低NO X燃烧技术，减少氮氧化物的产生，为后续处理减轻负担[10]。

现今形式各异的脱硝工艺，其中SCR 法和SNCR 法在大型燃煤电厂获得商业应用。SCR 技术成熟、脱硝率高、几乎无二次污染，应是国内烟气脱硝引进、消化的重点[11]。除此之外，还有液体吸收法、微生物吸收法、非选择性催化还原法、炽热炭还原法、催化分解法、液膜法、SNRB 工艺脱硝技术、反馈式氧化吸收脱硝技术等，这些方法或已被淘汰，或处于实验室研究阶段，或效率不高，难以投入大规模工业应用[12~14]。

表1 主要烟气脱硝工艺的比较

脱硝工艺适用性及特点优缺点脱硝率投资

SCR 适合排气量大，连续排放源二次污染小，净化效率高，设备投资高，关

键技术难度大

80%~90% 较高

SNCR 适合排气量大，连续排放源不用催化剂，设备运行费用少30%~60% 较低

液体吸收法处理烟气量很小的情况下

可取

工艺简单、投资少；效率低，副产品不易处

理

效率低较低

微生物法适用范围较大工艺简单、能耗及处理费用低、效率高；仍

处于研究阶段

80% 低

活性炭吸附排气量不大同时脱硫脱硝，吸收剂用量大，设备庞大80%~90% 高电子束法适用范围较大同时脱硫脱硝，无二次污染，运行费用高85 高

前面介绍的多种脱硝工艺中，只有SCR和SNCR在大型燃煤电厂获得了较好的商业应用，其中SCR 在全球范围内有数百台的成功应用业绩和十几年的运行经验，日本和德国95%的烟气脱硝装置采用SCR 技术，由于该方法技术成熟、脱硝率高、几乎无二次污染，是我国烟气脱硝的重点工艺[15]。

通过比选，综合考虑得出结论，SCR技术是最优的控制氮氧化物的方法，所以本文重点阐述SCR脱硝工艺法。

2 脱硝原理及理论研究进展

2.1低NO X燃烧技术

国外从20世纪50年代就开始了燃烧过程中NO X生成机理和控制方法的研究工作。根据已取得的成果，影响NO X形成的主要因素为：1.燃烧中氮的含量2.反应区中氧、氮、一氧化氮和烃根的含量3.燃烧温度的峰值4.可燃物在火焰峰和反应区中的停留时间。目前在实施低NO X燃烧时，主要针对不同的影响因素和具体情况，选用不同的方法[16]。

低NOX燃烧技术的特点是工艺成熟，投资和运行费用低。在对NO X排放要求非常严格的国家（如日本德国），均采用低NO X燃烧器减少一半以上运行费用[17]。进入20世纪90年代，有关电厂锅炉供应商对其发展的低NO X燃烧器做了大量的改进和优化，使其日臻完善。

2.2 SCR原理

选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)是指在催化剂的作用下，以NH3作为还原剂，“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O[18]。还原剂可以是碳氢化合物（如甲醛、丙烯等）、氨、尿素等，工业应用的还原剂主要是氨，其次是尿素。以氨为还原剂，其主要反应方程式为：4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O (1) 8NH3+6NO2=7N2+12H2O (2) 或4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O (2a) 上面第一个反应器是主要的，因为烟气中几乎95%的NO X以NO的形式存在。在没有催化剂的情况下，