燃煤煙氣是二氧化硫和氮氧化物的最主要來源，對生態環境影響極大。火電廠作為主要的氮氧化物排放源，需要采用有效的脫硝方法減少NOx的排放。

隨著“超低排放”在全國范圍內的推廣，對脫硝技術提出了新的要求。本文結合CFB鍋爐超低排放改造實例，對組合式脫硝的創新應用進行了相應研究。

1引言

燃煤鍋爐生成的NOx主要由NO、NO?及微量N?O組成，其中NO含量超過90%，NO?約占5~10%，N?O只有1%左右。

NOx理論上有三條生成途徑：

一是燃料型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%;

二是熱力型NOx，助燃空氣中的N?在燃燒后期1300℃以上的溫度下被氧化而成;

三是瞬態型NOx，由分子氮在火焰前沿的早期階段生成，所占NOx比例很小。目前，NOx控制技術主要有爐內低氮燃燒技術和爐外煙氣脫硝技術兩種。

2爐內低氮燃燒技術

由NOx的形成條件可知，對NOx的形成起決定作用的是燃燒區域的溫度和過剩空氣量。因此，通過控制燃燒區域的溫度和空氣量，可達到阻止NOx生成及降低其排放的目的。

CFB屬于低溫燃燒(一般將料層溫度控制在850℃-950℃之間)，NOx排放濃度一般低于煤粉爐。一般在CFB低溫燃燒條件下，溫度每降低10℃，NOx的排放量平均減少20mg/m3。因此，降低料床溫度是降低CFB氮氧化物排放濃度根本保證。

一般可以通過二次風重新布局 、低氧運行模式、增設煙氣再循環和提高循環灰分離效率、給煤方式的改造等方式控制CFB來料床溫度，從而達到減少NOx的排放量的目的。

3爐外煙氣脫硝技術

爐外煙氣脫硝技術主要有以下兩種：選擇性催化還原(SCR)技術，選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝 。

3.1 選擇性催化還原(SCR)技術

SCR技術原理是把還原劑噴入鍋爐下游300~400℃的煙道內，在催化劑作用下，將煙氣中NOx還原成無害的N?和H?O。脫硝效率可以高達95%，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。

受制于鍋爐煙氣參數、飛灰特性及空間布置等因素的影響，根據反應器的布置位置，SCR工藝可分為高灰型、低灰型和尾部型等三種：

高灰型SCR是主流布置，工作環境相對惡劣，催化劑活性惰化較快，但煙氣溫度合適(300~400℃)，經濟性最高;

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，只適合于特定環境。目前，大部分機組安裝了SCR裝置，均采用高灰型布置工藝。

高灰型SCR脫硝系統可分為催化劑系統、還原劑系統、吹灰系統、氨噴射系統、SCR反應器系統等。

3.2 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、氨水、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NH?(以液氨為還原劑的SNCR系統噴入爐膛的是氣相氨，不需熱解)，在850~1050℃溫度區域(通常為鍋爐對流換熱區)和沒有催化劑的條件下，NH?與NOx進行選擇性非催化還原反應，將NOx還原成N?與H?O。SNCR工藝比較簡潔，也是十分成熟的脫硝技術，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驗，但市場占有率非常低。

4某電廠脫硝超低排放改造實例

山西某電廠1、2號機組(2×330MW)采用2臺循環流化床鍋爐。脫硝系統后期建設，采用選擇性非催化還原技術(SNCR)工藝，采用尿素為脫硝還原劑，于2013年12月完成投運。該系統脫硝效率≥50%，出口NOx排放濃度≤100 mg/Nm3。目前NOx排放濃度不能滿足超低排放小于50mg/ Nm3的要求，因此需要進行超低排放改造。

本方案采用組合脫硝(即低氮燃燒+SNCR+SCR)的方式來降低NOx的排放。首先通過爐內低氮燃燒改造將鍋爐出口NOx降至200 mg/Nm3，然后通過優化改造現有SNCR系統，將煙氣中NOx進一步降至70 mg/Nm3，最后通過加裝SCR系統，達到超低排放煙NOx含量≯40 mg/m3的要求。

第一步，爐內低氮燃燒技術

采用CFB低氮燃燒改造技術降低鍋爐燃燒過程中產生的NOx濃度，改造后可將鍋爐出口NOx濃度從最初的300mg/Nm3降至200mg/Nm3。

第二步，優化改造SNCR系統

通過更換SNCR噴槍為雙流體噴槍，噴嘴采用霧化噴嘴，增加脫硝噴槍燈方法優化改造原有的SNCR系統，將煙氣中NOx含量進一步降低至70mg/Nm3，脫硝效率為65%。

第三步，新建SCR系統

新建SCR系統，最終將NOx由70mg/Nm3脫至≯40 mg/Nm3 ，此時SCR脫硝效率為42.86%。

采用組合式脫硝較僅采用SCR脫硝催化劑加裝量少，因此可將SCR裝置放于鍋爐尾部煙道中。由于反應溫度及安裝空間的限制，SCR催化劑將安裝在二級省煤器出口至一級省煤器入口之間煙道，煙氣擋板門上下空間各1.8米。節省了空間，降低了成本。

5結論

通過該電廠在 300MW(設計煤種)、240MW、300MW(近期煤種)、165MW 工況下脫硝系統的各項性能指標見下表。

                                                   表1 性能試驗記錄表

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通過改造后性能試驗，采用組合式脫硝系統，可以通過對SNCRHE SCR的控制，來滿足鍋爐運行時煙氣中NOx含量達標的要求，且能有較低的造價和良好的經濟效益。因此，采用組合式脫硝方式在CFB鍋爐超低排放改造中可行，且可以進行推廣。