低氮燃烧+SCR技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用

摘要：自2000年以来，我国每年有将近1177万吨的氮氧化物排放到大气中，而这些氮氧化物的产生有50%以上是来源于人们对煤炭资源的燃放产生的排放物。尤其是自从2013年以来大范围长时间覆盖全国大部门地区的雾霾，更是给国人保护环境敲响了警钟。预测未来，大约二十年后，我国的氮氧化物排放量可能会超过发达的美国，达到2000万吨以上，从而成为全球第一的氮氧化物排放国，因此，我国对于燃煤燃烧的控制，以及技术的改良都是刻不容缓的。

1燃烧对环境的危害

在煤炭以及其他燃料燃烧时，生成氮氧化物是其进行化学反应必不可少的一部分，而这里所说的氮氧化物，主要是指，燃烧后生成的氮氧化物，即：一氧化氮和二氧化氮。众所周知的是，这些燃烧产生的氮氧化物会溶于水，当把它们排放到大气中，在高层大气中与水相溶，便会形成具有弱酸性质的硝酸雨，也就是我们俗话说的酸雨。显而易见的是酸雨对环境具有极大的破坏力，例如：腐蚀石刻、雕塑等文物古迹;落到森林中，腐蚀植物树木的叶片、根部，使森林范围缩小;酸雨甚至对于钢筋水泥也有破坏作用，它们损坏建筑物、铁路公路、桥梁等等。酸雨造成了不可预估的经济、文化、社会损失。

当人体接触到被酸雨污染过的饮用水或是直接接触到氮氧化物时，它们对于人体健康的伤害是巨大的：酸雨对于人体的伤害是其对植物动物伤害的一倍，它侵蚀消化道、腐蚀皮肤、对人体的膜类毛发都有严重的伤害。另外由于氮氧化物在人体中极容易和血色素相结合，抢夺氧份，极易造成由于缺氧引起的一系列后遗症，如：神经麻痹、脑供血不足等等。再有，氮氧化物还极容易在城市中形成一种叫做城市光化学烟雾的物质，城市光化学烟雾指的是氮氧化物与汽车尾气中的碳氢化合物结合而生成有毒物质――硝基化合物，这种浅蓝色的物质在太阳的照射下会形成光化学烟雾，从而污染城市大气，又因为太阳辐射而引起的反应生成物与其他烟雾混合，对人体造成极大危害，例如：腐蚀外露的器官、呼吸道、消化道等等，令这些器官受到强烈刺激，比如说肺部受到刺激后，会使人有咳嗽气喘等，长此以往，危及整体气管、支气管、以及肺部，产生炎症甚至严重的还会使人致癌。光化学烟雾对于人体的伤害是不可预估的，而且其范围之广，影响至深也是不可预估的。

2氮氧化物的国家排放标准

正因为氮氧化物对于人体、经济、社会、环境多种因素的强烈影响，我国也出台了相关的排放标准――2009年，国家环保局公布了《火电厂大气污染物排放标准》即氮氧化物排放浓度最高不得高于200mg/m。

严格规定了对氮氧化物排放的标准，这就促使我们要更好的改进防治技术，所以2010年，环境保护部同时发布《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法》和《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法》两个规范，规定了SCR和SNCR烟气脱硝工程的设计、施工、验收、运行和维护等技术要求。

3关于SCR脱硝技术的简介

在众多的脱硝技术中，选择性催化还原法(SCR)是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术。1975年在日本Shimoneski电厂建立了第一个SCR系统的示范工程，其后SCR技术在日本得到了广泛应用，在欧洲也有成功应用的实例：成功装配大型脱硝装置多达120台，其中运用设备进行烟气脱硝可以成功脱硝率到达80%甚至以上。SCR方法已成为目前国内外电厂脱硝比较成熟的主流技术。

SCR(SelectiveCatalyticReduction)的原意为选择性催化还原技术，随着近几年环保呼声的加大，SCR的发展进度也加快，并且在发达国家有了成功的应用。由于这种装备的环境保护效率高、而且不造成污染、机械化自动化、更利于减少生产、环保成本，所以更多的公司企业，包括国家越来越重视SCR技术的发展，其发展前景广阔。

在选择性催化还原技术中，又以氨气催化还原法最多。SCR脱硝工艺的原理是在催化剂的作用下，还原剂(液氨)与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的氮氧化物。选择性是指还原剂NH3和烟气中的氮氧化物发生还原反应，而不与烟气中的氧气发生反应。

氨气法SCR和尿素SCR是SCR技术的主要两种分类，区别是所使用的一种是氨气，一种是尿素，但原理相同――都是利用氨的还原性，对氮氧化物进行还原，与氨结合的氮氧化物会生成氮气和水，氮气是大气的主要成分，所以对大气、人体、环境都无污染，无伤害，水不用说，更没有污染性。

尿素分解氨的方程式为：NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2

SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。但是还是会有氨气脱逃的现象存在，比如说催化剂的老化和仪器系统的不清洁，都会增加逃逸的氨气量，所以定期检查仪器，更换催化剂对于保障烟气的脱硝效率是很有必要的。当不能保证预先设定的脱硝效率和(或)氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。

4脱硝的工艺流程

还原剂(氨)用罐装卡车运输，以液体形态储存于氨罐中;为了方便更好的进行反映，液氨需要转换成氨气;气化的氨和稀释空气混合，通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中;充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，去除氮氧化物。SCR脱硝系统主要由SCR催化反应器、氨气注入系统、烟气旁路系统、氨的储存和制备系统等组成。

反应的方程为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

6NO2+8NH3→7NO2+12H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

参与烟气脱硝的主要设备有：

1.液氨蒸发槽

液氨蒸发主要用来是液氨蒸发，形成氨气，方便参与脱硝反应，是总体装备中必不可少的一部分。

2.氨气缓冲槽

氨气缓冲槽的作用即在稳定氨气的供应，避免受蒸发槽操作不稳定所影响。

3.氨气稀释槽

氨气稀释槽的作用是将反应后或未反应的氨气由管道排放至稀释槽中，使氨气与水反应结合，这个装置设计成为立体式，这个装置的设计使得氨气可以被稀释。

4.稀释风机

稀释风机是利用离心的原理，为氨空混合器提供空气。

5.氨/空气混合器

氨/空气混合器的作用是使氨气能和空气充分的混合。

6.氨气泄漏检测器

氨气泄漏检测器从名字就可以知道，是用来防止氨气的泄漏的，检测器可以准确的测量出大气中氨的浓度，当其浓度过高时，检测器发出的警报会提醒工作人员进行检查，以防大量氨气的泄漏逸散。

7.排污系统

排污系统是整个工艺中绿色生产的保障，它由一个封闭的氨气储存、排放管道和稀释槽组成，在稀释槽中稀释过的氨废水将由废水厂处理。

8.氮气吹扫

吹扫系统是解决安全问题的卫士，在各个氨气储存、流通、反应的环节，都将设有氮气吹扫，这是为了防止氨气逸散，不至于和空气混合，发生化学反应，而导致爆炸。

催化剂是燃煤锅炉烟气脱硝反应中最为重要的一环，因为不管是催化剂的选择性、活性、特效性，还是催化剂的种类、大小、质量都会影响到反应的效率，另外不同烟气的成分也不尽相同，所以为了使催化剂达到更好的催化作用，更需要对特定的烟气成分进行研究，选择正确的，效率更高的催化剂来进行脱硝。例如催化剂的类型有蜂窝式的，有板式的，有波纹板式的。

5对技术的展望

从现在开始，社会对SCR技术的需求将不会减少，因为随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，城市的增加和范围扩大，对电力的需求将是越来越大，而在科技水平尚未达到之前，我们对能量的需求，还是大部分需要依靠燃料的燃烧，然而，我们生活的地球只有一个，近些年来，随着环境问题的出现，人们也开始重视环保，重视绿色生产，如果加强对烟气脱硝技术的要求，放任氮氧化物的排放，那么在不久之后氮氧化物很有可能增大在大气中的比重，并有可能取代二氧化硫成为环境治理中令人最头疼的因素。目前，我国已经开展了大规模的烟气脱硫项目，但烟气脱硝还未大规模的开展。国家环保总局2004年修改通过的《火电厂大气污染排放标准》(GBl3223―2004)对火电厂氮氧化物的排放已做出限制规定，且明确提出新建火电站除满足现行排放标准外，须预留烟气脱除氮氧化物装置空间。这也就为火电厂上烟气脱硝工程提供了环保动力。

不同于欧美等发达国家对“低氮燃烧和SCR技术”的开发应用，我国烟气脱硝项目起步较晚，所以在目前市场上运行销售的也都是引进发达国家的工艺，结合我国的实际情况和发达国家对SCR技术的高端研究，我们将提出这些期望：

1.首先，应当完善烟气脱硝的相关法律法规和相关技术标准。例如严格标准《环境保护法》，设立独立的关于烟气脱硝工艺的工程设计标准法案，让企业不打污染的擦边球，更为烟气脱硝行业提供共同的标准，便于管理和推广;

2.其次，对于我国的烟气脱硝SCR技术来说，必须要面向本国市场，针对我国典型的烟气特点，在加上对发达国家先进技术和成功经验的充分研究，实现针对我国的烟气脱硝技术;

3.再次;加大科研力度。尤其是对SCR技术的环保化、标准化，比如说对催化剂的研究，和典型烟气的研究。

4.如今的SCR技术虽然已经有了成功的案例和各国绿色生产工艺的热点，但是因为SCR烟气脱硝技术的尖端化、前沿化，也给环保工艺的推广带来了困难，因此对于种高科技、绿色环保技术，我国也应该加强引导，实现技术的市场化，加强企业对环保工艺的自觉引入。

6结语

虽然技术的发展给我们的生活带来了很大的方便，但是同时低氮燃烧也对我们生存的环境造成了很大的污染。因此，在享受高科技给我们带来的便利的同时，应当采取一系列有效措施预防环境污染，为人类营造更健康的家园。

原标题：低氮燃烧+SCR技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用