燃煤电厂三种烟气脱硝技术的工艺比较分析

吴晓烽

（上海同济华康环境科技有限公司 上海 200092）

NOX是大气中主要污染物之一，也是目前大气污染治理的一大难题[1]。我国NOX的排放主要来源于火力发电、工业和交通运输部门，三者之和约占到全部排放总量的90%。其中，燃煤电厂已经成为我国NOX排放的最大来源，占到全国排放总量的35%以上[2]。国家十二五规划继续加大了对主要污染物的排放控制，在《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）中将NOX标准提升至100mg/m3[3]。

燃煤电厂控制NOX生成与排放的技术主要是在锅炉燃烧中采用低氮燃烧器（LBN）、空气分级燃烧（OFA）、燃料分级燃烧、烟气再循环等技术[4]，但是这些技术单独使用通常无法满足严格的NOX排放标准，因此需要对燃烧后生成NOX排放量进行脱硝处理，即把已生成的NOX还原为N2从而脱除烟气中的NOX，目前燃煤电厂主要是SCR、SNCR和SNCR-SCR混合技术。由于3种技术在脱硝效率、稳定可靠性、投资成本等方面不同，所以需要进行工艺比较分析。

1 燃烧后烟气脱硝技术

1.1 SCR 技术

SCR技术是利用还原剂汽化后（还原剂通常为液氨、氨水或尿素）和催化剂（钒、钛等金属氧化物）在温度330～450℃时将NOX还原成N2,其脱除效率可达到70%～90%。由于NH3具有选择性，只与NOX发生反应，不易与O2反应，所以称为选择性催化还原技术。

其化学反应方程式如下：

SCR技术的核心装置是脱硝反应器。在燃煤电厂锅炉中，考虑到烟气中的含尘量较高和烟气温度范围，一般将反应器连接在省煤器之后，采用垂直气流布置方式。

在SCR系统设计中，反应器的布置、催化剂的选择、还原剂与NOX的混合程度将直接影响到反应器出口氨逃逸大小。

1.2 SNCR技术

SNCR技术又称选择性非催化还原技术。它是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为800～1200℃这一狭窄的温度范围内，在没有催化剂的情况下，还原剂迅速与烟气中的NOX反应生成N2和H2O，而且在此温度范围内部不易与O2发生反应。通常，粉煤炉设计合理的SNCR工艺能达到30%～50%的脱硝效率[5]，循环流化床锅炉SNCR系统的效率可以大于50%[6]。当反应温度在950℃左右时，其反应式为：

当温度过高时，NH3则容易氧化成NO，抵消了NH3的脱除效果，反应式如下：

温度过低时反应速度减慢且反应不完全容易造成NH3泄漏，所以温度的控制至关重要。此技术不需要催化剂，但脱硝效率较SCR低，同时高温喷射对锅炉受热面的安全有一定影响。

1.3 SNCR-SCR混合技术

SNCR-SCR混合技术并非是SCR工艺与SNCR工艺的简单组合，它是结合了SCR技术高效、SNCR技术投资省的特点而发展起来的一种新型工艺。该工艺具有两个反应区，通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统，首先将还原剂喷入第一个反应区—锅炉炉膛，在高温下还原剂与烟气中NOX发生非催化还原反应，实现初步脱硝，然后未反应完的还原剂进入混合工艺的第二个反应区—SCR反应器，进一步脱硝。

SNCR-SCR混合技术可以利用前段SNCR系统逃逸的还原剂供给后段SCR系统之用，最终可使脱硝效率提升至80%以上。

2 SCR、SNCR及SNCR-SCR脱硝技术的工艺比较分析

SCR、SNCR及SNCR-SCR脱硝技术工艺比较见表1（见下页）。

由表1可以看出，现阶段SCR技术成熟、市场占有率高、运行可靠、稳定性高，适用于NOx脱除率较高的情况；SNCR技术无需增加SCR反应器，新建、改建工程少，成本较低，但是脱除效率不高，适用于NOx出口浓度较低情况或作为SNCR-SCR技术前段预留。混合SNCR-SCR技术结合SNCR和SCR的有利特点，利用SNCR反应后逃逸的氨量供给SCR反应用，解决了SNCR的氨逃逸问题，省去了SCR的AIG喷氨系统，同时也减少了SCR催化剂的用量，缩小了反应器尺寸，与省煤器的连接更加紧凑，从而压降更小，效率更高，但是由于目前国内市场SNCR-SCR技术尚未成熟，稳定性有待提高，尤其进入SCR系统前的烟气混合控制将影响到最终脱硝效率。

3 结语

3.1 新建机组采用SCR技术，稳定可靠，可达到较高的脱硝效率，然而投资和运行成本高。

3.2 改建机组宜采用SNCR-SCR混合技术，以降低投资和运行成本，但是该系统所需控制关键因素多，稳定性较SCR技术低。

表1 SCR、SNCR及SNCR-SCR脱硝技术工艺比较

3.3 目前大部分机组单独使用SNCR系统无法达到排放标准，可作为SNCR-SCR混合技术前期投入部分，在项目实施过程中分期增添设备和催化剂。

[1]侯建鹏,朱云涛,唐燕萍.烟气脱硝技术的研究[J].电力环境保护,2007,23(3):24-27.

[2]吕同波,李建浏,胡永锋.SCR法烟气脱硝技术在燃气锅炉上的工程应用[J].节能技术,2009,27(153):65-68.

[3]GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S].

[4]项昆.3种烟气脱硝工艺技术经济比较分析[J].热力发电,2011,40(6):1-4.

[5]段传和,夏怀祥.燃煤电站SCR烟气脱硝工程技术[M].北京：中国电力出版社,2011.

[6]段传和,夏怀祥.选择性非催化还原法（SNCR）烟气脱硝[M].北京：中国电力出版社,2012.

[7]吴碧君，刘晓勤,王述刚,等.烟气脱硝工艺及其化学反应机理[J].电力环境保护,2006,22(2):29-31.