脫硝工藝NOx控制技術煙氣脫氮

燃煤鍋爐生成的NOx主要由NO、NO2及微量N2O組成，其中NO含量超過90%，NO2約占5~10%，N2O只有1%左右。NOx理論上有三條生成途徑：

燃料型NOx，燃料中的氮化物在煤粉火焰前端被氧化而成，所占NOx比例超過80~90%；

熱力型NOx，助燃空氣中的N2在燃燒后期1300℃以上的溫度下被氧化而成；

瞬態(tài)型NOx，由分子氮在火焰前沿的早期階段生成，所占NOx比例很小。

爐膛噴射還原劑的選擇性非催化還原煙氣脫硝（簡稱SNCR）和爐后煙道噴射還原劑的選擇性催化還原煙氣脫硝（簡稱SCR）,這些技術成熟可靠，可單獨或組合使用。

SCR技術早于上世紀70年代用于電站鍋爐的NOx控制，其原理是把還原劑氨氣噴入鍋爐下游300~400℃的煙道內(nèi)，在催化劑作用下，將煙氣中NOx還原成無害的N2和H2O：

SCR是一種成熟的深度煙氣氮氧化物后處理技術，無論是新建機組還是在役機組改造，絕大部分煤粉鍋爐都可以安裝SCR裝置。具有如下特點：脫硝效率可以高達95%，NOx排放濃度可控制到50mg/Nm3以下，是其他任he一項脫硝技術都無法單獨達到的; 催化劑在與煙氣接觸過程中，受到氣態(tài)化學物質(zhì)毒害、飛灰堵塞與沖蝕磨損等因素的影響，其活性逐漸降D，通常3~4年增加或更換一層催化劑。

氨氣與氮氧化物的反應在催化劑中進行，催化劑通常布置在一個豎直向下的反應器內(nèi)，通道內(nèi)的煙氣流速控制在5~7m/s，為此，需在鍋爐煙道上增設一個龐大的反應器。受制于鍋爐煙氣參數(shù)、飛灰特性及空間布置等因素的影響，根據(jù)反應器的布置位置，SCR工藝可分為高灰型、低灰型和尾部型等：高灰型SCR是主流布置，工作環(huán)境相對惡劣，催化劑活性惰化較快，但煙氣溫度合適（300~400℃）；低灰型SCR與尾部型SCR的選擇，主要是為了凈化催化劑運行的煙氣條件或者是受到布置空間的限制，由于需將煙氣加熱到300℃以上，只適合于特定環(huán)境。目前，國內(nèi)約有400~500臺機組安裝了SCR裝置，均采用高灰型布置工藝。

SCR系統(tǒng)通常分為氨區(qū)公用系統(tǒng)和反應器系統(tǒng)兩部分，二者分開布置。其中，采用液氨制備還原劑時，如考慮an全防火距離，液氨儲存與供應區(qū)域占地面積約3000～3500m2，如采用尿素制備還原劑，公用系統(tǒng)占地面積約400m2。

無論是新建機組還是在役機組改造，絕大部分煤粉鍋爐都可以安裝SCR裝置。SCR是一項成熟的技術，脫硝效率穩(wěn)定。但是，催化劑和還原劑的使用，使它成為昂貴的脫硝技術。根據(jù)多個國內(nèi)項目的評估，使用SCR，發(fā)電成本將增加0.8～1.2分/kW.h。

選擇性非催化還原（SNCR）煙氣脫硝:SNCR技術是將氨基還原劑（如氨氣、an水、尿素）溶解稀釋到10%以下，利用機械式噴槍將還原劑溶液霧化成液滴噴入爐膛，熱解生成氣態(tài)NH3，在950~1050℃溫度區(qū)域（通常為鍋爐對流換熱區(qū)）和沒有催化劑的條件下，NH3與NOx進行選擇性非催化還原反應，將NOx還原成N2與H2O。

SNCR工藝比較簡潔，具有如下特點：現(xiàn)代SNCR技術可控制NOx排放降D20~50%，脫硝效率隨機組容量增加而降D。對于300MW以上容量機組，脫硝效率基本控制在40%以下。根據(jù)國外的工程經(jīng)驗，該技術的脫硝效率約為25%～50%，受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響很大，多用作低NOx燃燒技術的補充處理手段。在大型鍋爐上運行業(yè)績較少,并且這種脫硝系統(tǒng)的效率很難滿足目前環(huán)保部門對脫硝系統(tǒng)的脫硝效率要求; SNCR裝置不增加煙氣系統(tǒng)阻力，也不產(chǎn)生新的SO3，氨逃逸濃度控制通常控制在5~10ppm以內(nèi)（SCR是3ppm）;合適的反應溫度窗口狹窄，為適應鍋爐負荷的波動、提高氨在反應區(qū)的混合程度與利用率，通常在爐膛出口屏式過熱器下方設置多層噴槍;霧化液滴蒸發(fā)與熱解過程需要吸收熱量，這會造成鍋爐效率降D約0.1~0.5個百分點;噴氨量的選擇要適當，少則無法達到預期的脫除NOx的效guo，過大將在尾部受熱產(chǎn)生硫酸銨，從而堵塞并腐蝕空氣預熱器，因此要求尾部煙氣中允許的氨的泄漏量應小于5ppm，在這一條件限制下，非催化煙氣噴氨脫硝法的NOx降D率為30%～70%。

SNCR技術也是成熟的脫硝技術，相對SCR而言，脫硝效率偏低。但是，由于它的低投資和低運行成本，特別適合小容量鍋爐的使用。目前在歐洲和美國的300MW燃煤電站鍋爐上已有采用該法運行經(jīng)驗，但市場占有率低。

混合型煙氣脫硝（SNCR/SCR）:混合型SNCR/SCR技術是將SNCR與煙道型SCR結(jié)合，SNCR承擔脫硝和提供NH3的雙重功能，利用煙道型SCR將上游來的NH3與NOx反應wan全，從而提高整體脫硝效率，彌補SNCR裝置效率有限的缺陷。技術特點如下：適應于場地空間有限的特定環(huán)境，脫硝效率可達到95%左右;煙道阻力約增加小于150~500Pa，主要取決于催化劑的用量和煙道形式;整體脫硝效率低于70%時，煙道型SCR不需另設噴氨AIG裝置，但需要提高煙道型SCR的脫硝效率時，還得增設單獨的氨噴射系統(tǒng);早期的煙道型SCR反應器布置在水平煙道上，煙氣水平流動，流速較高。改進后的煙道型SCR垂直布置，流速降D，提高了催化劑使用壽ming。

SNCR/SCR混合型脫硝技術是近些年實行起來的技術，有其特定的應用范圍。該技術的產(chǎn)生和應用，同時也說明氮氧化物控制要講經(jīng)濟性和實用性。