宋喆
国家电投集团郑州燃气发电有限公司 河南省郑州市? 450001
摘要: NOx是大气的主要污染源，它不仅破会坏平流层中的臭氧，还会引起酸雨、酸雾和光化学烟雾，对动植物的健康也构成极大威胁。火电厂是NOx的主要排放源之一。使用天然气等清洁能源代替传统的煤燃料，可大大减少NOx的排放，但是燃机电厂的烟气量较大，故燃机电厂的NOx排放总量也不容忽视。本文综述了NOx控制技术中的SCR技术及SCR催化剂的现状，并对其应用提出了相关建议。
关键词:燃气轮机;NOx;燃机催化剂
一、NOx控制技术
1.1燃机干式低氮燃烧技术
干式低氮燃烧技术(DLN)以美国GE公司为代表，经过持续不断的技术改进升级，先后研发成型并己投入商业运行的有DLN－1、DLN－2、DLN－2．0+燃烧系统。至1996年以后，更为先进的DLN－2．6+燃烧系统研发成功并投入市场［4］。在燃气轮机燃烧过程中，NOx浓度与反应温度和在反应区的停留时间成正相关系，基于这一原理，现代燃气轮机都是采用控制燃烧反应的峰值温度来减少NOxNOx的生成［5］。由于燃料在理论空气量条件下的燃烧反应温度最高，因此可以通过使燃料偏离理论空气量条件下燃烧，以控制燃烧温度。
1.2SCR脱硝系统
国内燃煤电厂利用“超低排放”技术已达到了燃气发电的污染物排放限值，特别是NOx浓度，对于单位发电量下的NOx排放质量，实施超低排放的燃煤机组已低于燃气机组［8］。燃气电厂仅采取燃机干式低氮燃烧技术是远远不能满足日趋严格的燃机环保标准的。因此，在国内燃气电厂大范围推广安装SCＲ脱硝系统势在必行。
二、SCR技术技术介绍
2.1热解法
主要工艺流程：尿素热解工艺的主要反应如下：CO(NH2)2→NH3+HNCO（尿素→氨+异氰酸）HNCO+H2O→NH3+CO2（异氰酸+水→氨+二氧化碳）尿素热解工艺流程主要特点：尿素溶液的质量分数为50%，常温下是过饱和溶液，实际运行中需要对尿素溶液罐进行加热，使得尿素溶质量浓度达到要求。尿素溶液经过喷嘴雾化后打入热解器进行热解反应，尿素溶液雾化小液滴主要在300℃～550℃温度、常压下进行反应分解，尿素溶液的分解反应机理为温度越高，反应的速度越快，分解的也越完全。热解室内的热量来自于电加热器或炉内热风，对负荷变化的响应快，约为5～10s。尿素热解制氨工艺流程图如图1所示。
SCR的尿素热解装置主要由尿素供应装置、尿素溶液罐装置、计量与分配装置、热解器等组成。将准备好的尿素储存在尿素储仓内，通过尿素溶解罐通过加入除盐水将干尿素溶解为50%浓度尿素溶液，通过尿素输送装置与循环模块经过计量与分配装置输送至热解器内，在热解器内蒸发为氨气，氨气通过喷氨格栅的喷嘴喷入烟气中与烟气混合，再经静态混合器混合充分后进入SCR反应器。当达到反应温度的烟气气流经SCR反应器的催化层时，氨气与NOx发生催化氧化还原反应，将NOx还原为无害的N2和H2O。热解器则是利用高温空气介质对尿素溶液加热产生氨气的装置。从空气预热器引入高温热空气，或者用电加热器加热后通过稀释风和助燃风入口进入热解器。
2.2水解法
尿素水解制氨工艺化学反应式为：NH2-CO-NH2＋H2O→2NH3↑＋CO2↑尿素水解法制氨气一般由尿素溶液给料系统、尿素溶液制备系统、水解反应器系统、废水系统组成，与热解法主要区别在与水解装置反应器。经尿素溶液制备系统制成一定浓度的尿素溶液后，经给料泵送入水解反应器中水解反应制备出氨气，氨气随后进入氨空气混合器后喷入烟道用作烟气脱硝的还原剂。
主要工艺流程：尿素水解尿素制氨工艺流程图如图2所示。
SCR的尿素水解装置主要由尿素供应装置、尿素溶液/存储罐装置、供给泵、水解反应器等组成。将尿素颗粒储仓中的尿素送入尿素溶解罐，通过和蒸汽或冷凝水搅拌后混合后制备成40%～60%的尿素溶液，合格的尿素溶液经给料泵送至水解反应器中，水解反应所需热量来自饱和水蒸气，为尿素水解反应提供热量。尿素溶液在0.45Mpa～0.65Mpa，温度140℃～160℃下发生分解反应，分解出氨气，送入SCR反应器进行脱销处理。
三、技术特点
3.1工艺成熟可靠
尿素热解出的氨作为还原剂，提高了用氨安全性，产生的氨直接用于脱硫脱硝，不用储存，降低了运输、储存和使用液氨或氨水所带来的安全风险，提高了装置运行的安全性和可靠性。
3.2应用范围广
SCR技术适应性强，可用于以烟煤、褐煤、重油、天然气为燃料或焦炉煤气、垃圾焚烧、生物质燃烧的锅炉、窑炉、烧结机、工业炉等不同烟气的脱硝处理。同时适应于高尘、低尘、高温、低温不同工况下烟气脱硝的工艺技术路线。还原剂尿素来源容易，质优价廉。
3.3净化效率高
NOx去除效率达到85%以上，最大脱硝效率超过90%，且排放浓度达到国家有关排放标准的要求。出口氨气排放的体积分数＜3×10-6，SO2/SO3转化率≯1%。适用于工业锅炉、电厂锅炉、工业冶炼炉、工业窑炉等烟气各种不同浓度NOx烟气脱硝，运行可靠，是工程上应用最多的烟气脱硝技术。
3.4环保效益好
反应器可以布置于省煤器和空预器之间，或脱硫塔之后，反应副产物为N2和H2O，无二次污染。具有很好的负荷适应性，在不同负荷下均能保证脱硝率和氨的低逃逸率，安全性能好。通过优化设计蜂窝状或板式催化剂单元及其运行方式，能有效抑制SO3的产生以降低SCR反应器出口烟气的腐蚀性。
四、燃气机组SCR催化剂的现状
催化剂是SCR脱硝系统的核心部件。对于燃气机组来说，由于燃机排放的烟气更加清洁，因此在燃气项目中通常采用蜂窝式及波纹板式催化剂，同时由于烟气中粉尘含量极低，因此在设计中不需要考虑积灰和磨损的问题，用于燃气项目的蜂窝式催化剂的节距和壁厚远小于燃煤项目。孔径越大的催化剂比表面积越小，经济性越差，但可以获得较小的催化剂阻力，而孔径小的催化剂经济性更好，但催化剂阻力较大。另外，SCR反应的温度区间也是设计时需要考虑的问题。但需要注意的是，随着烟气温度的降低，催化剂的活性也会随之降低，因此设计工况的烟气温度仍需高于300℃。
五、结语和建议
尿素作为还原剂用于脱硝，在安全方面具有明显优势。SCR技术具有脱硝效率高、工艺技术成熟、装置运行稳定、对各种烟气适应性好等特点,且尾气排放浓度低于200mg/m3，可以适应国家环保政策的日益严格和节能减排工作的需要，广泛地应用在电力、化工、建材、造纸、印染、冶金等工业行业锅炉烟气、废弃物焚烧废气和工业用气等脱硝设施中。国外燃气轮机电厂的脱硝技术方案主要采用低氮燃烧器与SCR烟气脱硝相结合，但国内大部分燃气电厂未安装SCR脱硝系统，且部分电厂未预留SCR脱硝设备安装位置，为后续加装SCR系统造成困难。建议调研典型地区的燃机电厂，根据现状和问题，进行研究攻关，目前问题主要有燃机燃烧系统改造、脱硝系统加装或改造和国产催化剂性能提升等方面。。
参考文献
[1]张强.燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2007：1～5.
[2]钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2002：11～12.
[3]董润莲,丁飒,李洁,高春萍.火电厂SCR脱硝液氨泄漏事故风险及防范措施[J].环境科学与技术.2010(S1)
[4]周亚军.浅谈发电厂SCR脱硝氨区的安全运行管理措施[J].内蒙古电力技术.2008(02)