現(xiàn)在人們對環(huán)境污染問題越來越關注，然而燃煤火力發(fā)電廠所產廢氣是重要的大氣污染物之一，為了減少環(huán)境污染，煙氣脫硝裝置在燃煤火電廠中被廣泛的應用。本文將對電廠鍋爐使用的具有選擇性的催化還原(SCR)煙氣脫硝系統(tǒng)進行簡要的介紹，并根據(jù)其運行經驗以及設計特點，從技術原理、關鍵性技術、設計要求以及反應器布置等方面對SCR系統(tǒng)進行必要的優(yōu)化。

一、概述

燃煤火電廠是造成氮氧化物(主要是NO、NO₂以及少量的N₂O等，統(tǒng)稱為NOx)排放的主要來源之一。NOx排放會造成環(huán)境污染導致酸雨，在陽光的作用下生成對人類健康和環(huán)境有害的地面層臭氧(煙霧)。根據(jù)國家2003年環(huán)境公報統(tǒng)計數(shù)據(jù),2008年全國SO₂排放量為2158.7萬t，其中工業(yè)生產排放的SO₂約占80%，而火電廠SO₂排放量估算為950萬t，約占全國SO₂排放總量的50%。目前，二氧化硫污染產生的酸雨，已危害了我國國土總面積的30%。此外，我國目前燃煤火電廠的NOx排放量估算為500萬t/a左右。預計在將來的30-50a內，煤炭在我國一次能源生產與消費中的比例將繼續(xù)保持在70%左右。我國電力工業(yè)中以煤炭為主的能源格局不會改變，這種格局是由中國富煤缺油少氣的能源資源特點和經濟發(fā)展階段所決定的煤炭消耗量將持續(xù)增長。這種以煤炭為主的一次能源生產和消費結構帶來了嚴重的環(huán)境污染問題，嚴重損害了可持續(xù)發(fā)展的經濟和環(huán)境基礎。燃煤電廠鍋爐NOx排放控制技術措施可區(qū)分為一次燃燒控制措施與二次煙氣凈化措施(煙氣脫硝裝置)。當僅僅采取一次燃燒措施還不能滿足NOx排放標準時，就需要在鍋爐尾部煙道安裝煙氣脫硝裝置。二次控制措施是在燃燒過程結束后，在鍋爐尾部煙道進行的煙氣凈化處理過程，即通過煙氣脫硝裝置，將已經在爐內燃燒過程中形成的NOx還原成氮氣(N₂)。目前煙氣脫硝的主流技術是選擇性催化還原(SCR)與選擇性非催化還原(SNCR)，其中SCR煙氣脫硝效率可達90%以上。在實際工程應用中，降低燃煤電廠鍋爐NOx排放最經濟實用的技術途徑就是盡可能通過采用燃燒措施或燃燒系統(tǒng)技術改造，在燃燒過程中最大限度地抑制NOx的生成，從而減少SCR脫硝裝置的負擔，降低運行成本。

二、SCR煙氣脫硝技術的發(fā)展現(xiàn)狀及其在燃煤火電廠的應用

SCR技術自20世紀70年代在歐洲和日本首先用于燃油和燃氣電廠鍋爐，隨后于80年代開始逐漸應用于燃煤電廠鍋爐。為滿足嚴格 的NOx排放標準，日本開發(fā)出了釩基/鈦基催化劑并取得成功經驗奠定了當今SCR催化劑技術的基礎。自日本于1980年底投運了第1臺燃煤電廠鍋爐SCR裝置后，德國為了驗證日本開發(fā)的SCR技術對德國燃煤電廠鍋爐的適應性，在60多個燃煤鍋爐機組進行了SCR工業(yè)性試驗研究，并于1985年底在歐洲投運了第1臺燃煤電廠鍋爐SCR裝置。美國于20世紀90年代初期建立了SCR工業(yè)示范裝置，對美國燃用高硫煤電廠鍋爐采用SCR技術的適應性進行了詳細的工業(yè)性試驗驗證。此后，為滿足日趨嚴格的NO_X排放標準(200mg/m³)，歐洲其他國家及美國相繼在燃煤電廠鍋爐安裝了SCR裝置。到1997年底日本有61個電廠約23GW的燃煤鍋爐機組安裝了SCR裝置，歐洲約有55GW的鍋爐機組共安裝了150多臺大型SCR裝置。其中德國自1985年以來，總容量約33GW的煙煤鍋爐機組安裝了SCR煙氣脫硝裝置，大部分為現(xiàn)役鍋爐SCR工程改造。美國有8臺燃煤鍋爐機組約3GW容量安裝了SCR裝置。到2004年底，美國有近200臺總容量約l00GW燃煤鍋爐機組安裝了SCR裝置。燃煤電廠鍋爐SCR煙氣脫硝技術經歷了30多年的研究發(fā)展與工程實踐，在技術上已發(fā)展成熟，目前已成功地應用于300MW、600MW與1000MW大型燃煤電廠鍋爐，其中單機容量最大的是應用于美國Gavin電廠的2×1300MW燃煤鍋爐機組。SCR脫硝效率可達90%-95%，SCR裝置與低NOx燃燒系統(tǒng)相結合，可將燃煤電廠鍋爐NOx排放控制在50mg/m³以內。

三、SCR煙氣脫硝系統(tǒng)優(yōu)化設計

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)選擇的還原介質通常是氨NH₃，SC煙氣脫硝裝置通常由5部分組成：噴氨裝置、催化劑以及供氨裝置、輸送煙道、控制系統(tǒng)。其中，SCR的反應器應當設置在鍋爐省煤器出口與空氣預熱器入口之間。氨與煙氣充分混合之后便會進入反應器在氨的作用下，NO即被還原成氮氣。影響SCR脫硝效率的因素之一是催化劑，催化劑的活性、結構類型以及壽命等均可對脫硝效率產生影響。此外，SCR反應設計，比如煙氣流速、催化劑層數(shù)等，也可對SCR脫硝效率產生影響。因此，在優(yōu)化脫硝系統(tǒng)時，必須考慮催化劑和SCR反應器設置這兩個因素。具體到電廠鍋爐，其設計、燃煤性質以及燃煤的燃燒方式等，均可對SCR煙氣脫硝裝置產生影響這也就是說，提高電廠鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)運行效率，不僅要考慮催化劑因素，還要考慮煙氣管道、供氨與噴氨系統(tǒng)，以及相關的控制系統(tǒng)等。而關于SCR系統(tǒng)來說，其最為核心的技術便是生產工藝與催化劑配方。因此，必須嚴格控制SCR反應器入口處的煙氣流速、溫度等。

1、SCR反應器的優(yōu)化方案，催化劑一般是沿著垂直方向分布的，煙氣通過催化劑的方向自上而下，因此，反應器的優(yōu)化可考慮煙氣的流速；煙氣的流速越大，則其在催化劑上停留的時間越短。此外，SCR反應器的優(yōu)化，必須考慮燃煤的性質、催化劑以及燃煤燃燒的方式場地的空間等因素。常見的SCR布置方案有：在空氣預熱器入口與省煤器出口直接安裝SCR反應器，也就是把SCR反應器安裝在空氣預熱器與靜電除塵器前。當煙氣通過省煤器之后，溫度可到達300℃以上，可滿足催化劑的溫度要求。而在使用過程中，應選擇飛灰腐蝕性良好的催化劑，并適當降低煙氣的流速、硬化處理催化劑等，提高煙氣脫硝裝置的性能。高溫側低飛灰煙氣段方案。在高溫靜電除塵器出口與空氣預熱器入口之間設置SCR反應器。煙氣經過高溫除塵之后才能進入反應器，這就使得煙氣中的粉塵量大幅降低。但其中的細顆粒易粘結，容易堵塞催化劑，可通過提高煙氣流速清除催化劑表面的灰塵。

2、SCR催化劑的選擇，催化劑對整個系統(tǒng)來說有著極為重要的影響，因此，必須合理選擇SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的催化劑。催化劑的選擇，需要考慮兩個方面的因素，一是催化劑本身的性質，比如活性溫度范圍等，二是實際的需要。此外，催化劑的結構形式也需要考慮在內。系統(tǒng)運行一段時間后，催化劑的活性會降低，氨的逃逸量也會增加，這時需要增加催化劑的層數(shù)來提高催化劑的利用率，但這又會增加煙道的阻力。因此必須更換催化劑。更換催化劑，還需要合理選擇催化劑。

3、供氨系統(tǒng)與噴氨系統(tǒng)，供氨系統(tǒng)主要包括氨的存儲、氨的蒸發(fā)以及輸送，此外還有噴氨系統(tǒng)。其中，當前主要的供氨有三種方式是一是液氨，二是氨水，三是尿素。而在供氨系統(tǒng)運行過程中，必須嚴格控制SCR煙氣脫硝裝置入口處的硫化物濃度，以及煙氣流速、噴入氨的濃度分布等。

隨著國家環(huán)保標準實施力度的加大，我國新建大型燃煤火電機將逐步建設煙氣脫硝工程。學習和借鑒工業(yè)發(fā)達國家在燃煤電廠鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)設計與運行中取得的經驗教訓，對我國火電廠今后發(fā)展SCR煙氣脫硝技術具有重要的指導意義。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)與鍋爐設計、燃燒系統(tǒng)與燃用煤種，以及鍋爐運行條件密切相關，因此，我國燃煤電廠鍋爐今后發(fā)展SCR煙氣脫硝技術應針對鍋爐設計特點與燃煤特性，對SCR應用于我國燃煤電廠鍋爐的適應性進行深人、全面、系統(tǒng)的試驗研究。

(尹建  房大兵  宋廣煥  濟寧金威熱電有限公司山東濟寧272300) 

參考文獻：

[1]張明輝，李萍.火電廠SCR煙氣脫峭工藝系統(tǒng)設計,2016 

[2]王立波，趙夢涵.SCR煙氣脫硝系統(tǒng)設計優(yōu)化，2015