摘 要：目前，我国的发电机组绝大多数为燃煤机组，而以燃煤为主的电力生产所造成的环境污染是制约电力工业发展的一个重要因素。其中氮氧化物（NOx）对环境危害严重，为了改善大气环境必须对氮氧化物的排放进行控制，因此对电厂脱硝系统控制的研究有很重要的工程意义和现实意义。
关键词：火电厂；脱硝；催化还原
1.SCR法烟气脱硝的设备及工艺流程
1.1 SCR法烟气脱硝的技术原理
SCR烟气脱硝系统采用氨气（NH3）作为还原介质，基本原理是把符合要求的氨气喷入到烟道中，与原烟气充分混合后进入反应塔，在催化剂的作用下，并在有氧气存在的条件下，选择性的与烟气中的NOx（主要是NO、NO2）发生化学反应，生成无害的氮气（N2）和水（H2O）。
1.2 SCR法脱硝工艺流程及系统简介
SCR系统一般由氨的储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统等组成。通过向反应器内喷入NH3，将NOx还原为氮气。由于此还原反应对温度较为敏感，故还需加入催化剂增强反应活性，以满足反应的温度要求。
首先，由尿素颗粒溶解制成一定比列的尿素溶液储罐贮藏，由尿素溶液泵送至SCR反应区，经过热解炉与锅炉送出的热一次风混合成一定配比的空气，形成氨气体积含量为5%的混合气体，经稀释的氨气通过喷射系统中的喷嘴被注入到烟道隔栅中，与原烟气混合。在喷嘴数量较少的情况下，为了获得氨和烟气的充分均匀分布，要在反应塔前加装1个静态混合器。这样，从锅炉省煤器后出来的烟气经与部分旁路高温烟气混合调温（烟气在反应塔中与高温催化剂的反应最佳温度为330～380℃）后，进入反应塔，在催化剂的作用下，烟气中的NOx与氨气发生化学反应。由于环保要求脱硝停，运机组即停运，故反应塔前没有设置的烟气旁路。
1.3 SCR法脱硝技术特点
（1）在脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术。
（2）介质（液氨）为有毒有害、易燃易爆危险化学品，危险性大，对设备质量、施工质量、装置可靠性要求高，调试与运行操作要求严格。
（3）设备少，设备质量要求高。
（4）NOx 经还原后成为无毒的N2和O2，脱硝的副产品便于处理。
1.3.1 原理及流程
SCR技术是还原剂（NH3、尿素）在催化剂作用下，选择性地与NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故称为“选择性”。
1.3.2 催化剂的选择
SCR 系统中的重要组成部分是催化剂，当前流行的成熟催化剂有蜂窝式、波纹状和平板式等。平板式催化剂一般是以不锈钢金属网格为基材负载上含有活性成份的载体压制而成；蜂窝式催化剂一般是把载体和活性成份混合物整体挤压成型；波纹状催化剂是丹麦HALDOR TOPSOE A/S公司研发的催化剂，外形如起伏的波纹，从而形成小孔。加工工艺是先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到催化活性溶液中浸泡，以使活性成份能均匀吸附在基板上。各种催化剂活性成分均为WO3和V2O5。表3为各种催化剂性能比较。
1.3.3 还原剂的选择
对于SCR工艺，选择的还原剂有尿素、氨水和纯氨。尿素法是先将尿素固体颗粒在容器中完全溶解，然后将溶液泵送到水解槽中，通过热交换器将溶液加热至反应温度后与水反应生成氨气；氨水法，是将25%的含氨水溶液通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽；纯氨法是将液氨在蒸发槽中加热成氨气，然后与稀释风机的空气混合成氨气体积含量为5%的混合气体后送入烟气系统。
2.低NOx燃烧技术主要方法
2.1空气分级燃烧
燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。当过量空气系数α<1，燃烧区处于“贫氧燃烧”状态时，对于抑制在该区中NOx的生成量有明显效果。根据这一原理，把供给燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需用空气量的70%左右，从而即降低了燃烧区的氧浓度也降低了燃烧区的温度水平。因此，第一级燃烧区的主要作用就是抑制NOx的生成并将燃烧过程推迟。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃尽风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合，完成整个燃烧过程。
炉内空气分级燃烧分轴向空气分级燃烧（OFA方式）和径向空气分级。轴向空气分级将燃烧所需的空气分两部分送入炉膛：一部分为主二次风，约占总二次风量的70～85%，另一部分为燃尽风（OFA），约占总二次风量的15～30%。炉内的燃烧分为三个区域，热解区、贫氧区和富氧区。径向空气分级燃烧是在与烟气流垂直的炉膛截面上组织分级燃烧。它是通过将二次风射流部分偏向炉墙来实现的。空气分级燃烧存在的问题是二段空气量过大，会使不完全燃烧损失增大；煤粉炉由于还原性气氛易结渣、腐蚀。
2.2燃料分级燃烧
在主燃烧器形成的初始燃烧区的上方喷入二次燃料，形成富燃料燃烧的再燃区，NOx进入本区将被还原成N2。为了保证再燃区不完全燃烧产物的燃尽，在再燃区的上面还需布置燃尽风喷口。改变再燃烧区的燃料与空气之比是控制NOx排放量的关键因素。在再燃烧系统中，分段供给的燃料和燃烧用空气在炉内形成三个不同的燃烧段，分别在贫燃料、富燃料和贫燃料状态下运行。在一次或“主”燃烧段，主要燃料—煤粉在过量的空气中燃烧，由燃料中和燃烧用空气中的氮形成NOx。二次燃料，又称为再燃燃料，通常是天然气或煤粉（油或任何其他的碳氢化合物燃料也都可以使用），在主燃烧段上方喷入，形成富燃料的“再燃”段。從这一区段的再燃燃料中释放出来的烃基与主燃烧段中形成的NOx反应，NOx被还原成分子氮。最后，在再燃段上方喷入剩余的燃烧用空气，形成贫燃料的“燃尽”区，从而完成了燃烧全过程。通常再燃燃料的热量占总输入热量的10%-30%。再燃技术可以减少高达70%的NOx。图2显示了再燃过程中三个不同的燃烧段。存在问题是为了减少不完全燃烧损失，需加空气对再燃区烟气进行三级燃烧，配风系统比较复杂。
2.3烟气再循环
该技术是把空气预热器前抽取的温度较低的烟气与燃烧用的空气混合，通过燃烧器送入炉内从而降低燃烧温度和氧的浓度，达到降低NOx生成量的目的。存在的问题是由于受燃烧稳定性的限制，一般再循环烟气率为15%～20%，投资和运行费较大，占地面积大。
3.烟气脱硝处理主要方法
3.1炉膛喷射法
炉膛喷射法实质是向炉膛喷射还原性物质，可在一定温度条件下还原已生成的NOx，从而降低NOx的排放量。包括喷水法、二次燃烧法（喷二次燃料即前述燃料分级燃烧）、喷氨法等。因此影响SNCR系统性能设计和运行的主要因素是：
（1）反应温度范围；
（2）最佳溫度区的滞留时间；
（3）喷入的反应剂与烟气混合程度；
（4）处理前烟气中NOx浓度；
（5）喷入的反应剂与NOx的摩尔比；
（6） 氨的逃逸量。
3.2电子束法
此法是用高能电子束（0.8～1MeV）辐射含NOx和SO2的烟气，产生的自由基氧化生成硫酸和硝酸，再与NH3发生中和反应生成氨的硫酸及硝酸盐类，从而达到净化烟气的目的。
3.3液体吸收法
此法由于烟气中的NOx90%以上是NO，而NO难溶于水，因此对NOx的湿法处理不能用简单的洗涤法。湿法脱硝的原理是用氧化剂将NO氧化成NO2，生成的NO2再用水或碱性溶液吸收，从而实现脱硝。
3.4吸附法
最主要的方法为活性炭方法。在众多烟气处理技术中，液体吸收法的脱硝效率低，净化效果差；吸附法虽然脱硝效率高，但吸附量小，设备过于庞大，再生频繁。
4.小结
SCR工艺是目前大规模投入商业应用并能满足最严厉的环保排放要求的脱硝工艺，NOx脱除率能够达到90%以上。具有无副产物、不形成二次污染， 装置结构简单， 运行可靠， 便于维护等优点，因而得到了广泛应用。
参考文献
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[3]赵宗让.电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化[J].中国电力.2005，38（11）：69-74.
作者简介：
谢航（1982～ ），男，本科，助理工程师，张家口发电厂发电部机组长。