燃煤电厂氮氧化物排放实证研究分析

来源：SCI期刊网 分类：电子论文 时间：2021-11-19 10:49 热度：

　　摘 要 我国对氮氧化物的排放问题较为关注，当前已经具备了多种氮氧化物的减排方案，因此对于方案的选择是问题的重点，燃煤电厂氮氧化物的减排在于技术、经济以及环保等多个方面，为了选取更为优良的技术方案，需要对不同技术方案进行对比分析，在研究当中列举了几种氮氧化物的减排技术方案，包 括 有 氮 氧 燃烧技术，接触还原法SCR以及非接触还原法SNCR 等，通过实际案例对于上述几种技术方案进行研究分析，将减排技术中的指标因素进行横向对比，其中采用SCR技术时的脱销率为0.86，明显高于其他几种技术方案，具有更为优良的环保优势，同时在综合性能对比方面环境性能指标的权重为0.61，因 此 在 实 际 案例当中通过综合考虑选择采用SCR技术方案。

　　关键词 氮氧化物;减排技术方案;接触还原法SCR;脱销率;环境性能指标

　　0引言

　　当前随着我国经济的快速发展，我国的电厂数量也在不断增加，在电厂生产过程中会产生多种类型的氮氧化合物(NOx)，此类化合物的组成主要是由氮和氧两种元素构成，其中包括有 NO，NO2 以及 N2O(笑气)等多种化合物的总称，其中占比较大的一氧化氮及二氧化氮是大气的重要污染物。氮氧化合物的排放对自然环境会产生较大程度的危 害，有害气体与空气中的水相结合进一步形成硝酸或者 是 亚 硝 酸，这是酸雨以及酸雾形成的主要物质，酸雨的形成会对自然环境中的森林植被等造成损害，更严重的会进一步影响土壤导致农业产量下降，同时会污染水质，导致大部分鱼类的死亡[1]。

　　氮氧化合物与碳基化合物相结合可以形成光化学烟雾，此类烟雾的特点是具有刺激性气味，严重的可能会对植物造成一系列伤害，降低大气的可见度。

　　当前我国氮 氧 化 物 的 70%以上来自于煤炭直接燃烧，而燃烧电厂生产过程中所发生的煤炭燃烧在总量中占比50%左右，因此氮氧化物的排放其中35%是由于燃煤电厂直接排放所导致。

　　对于燃煤电厂氮氧化物减排进行技术评价不但有利于确定技术的合理性及可行性，同时有利于在整体层面对工程技术的可行性进行验证，以此确定技术方案的科学性及合理性，避免盲目选择技术方案。此 外 对 技 术 进行合理的分析有利于合理利用资源，充分发挥资源的利用率。

　　1氮氧化物减排技术方案分析

　　我国燃煤电厂所进行的氮氧化物减排技术方案主要包括烟气脱硝以及低氮燃烧两 种，本次研究对两种技术方案进行论述。

　　1.1 氮氧燃烧技术方案

　　根据氮氧化物的形成条件可以了解到当前对其形成起到决定作用的是过量的空气含量以及燃烧区域，因 此低氮燃烧主要是对燃烧区域中的空气以及温度进行控制，从而降低氮氧 化 物 的 生 成 率，减 少 其 排 放，当 前 使 用最为广泛的燃烧技术方案有下述几类。

　　(1)燃烧优 化。燃烧优化主要是对锅炉的燃烧进行配风调整，以此对氮氧化物的排放进行控制，该种方法主要是对燃烧空气 量 以 及 风 煤 比 进 行 调 整，降 低 氮 氧 化 物的生成量，最终 控 制 其 排 放。在运行当中燃烧配风的调整需要，依据煤种 的 变 化，风粉比一般不会超过1.8∶1，此外需要对燃烧 器 的 配 风 进 行 调 整，以此确保燃烧器下粉的均匀性，将偏差控制在5%～10%的范围当中。

　　(2)空气分 级 燃 烧。该技术是当前氮氧化物燃烧技术中使用最为广 泛 的 一 种，它的原理是分段进行燃料燃烧，其燃烧原理图如下图1所示。

　　空气分级燃烧是将燃烧用的风进行划分，以 此 降 低燃烧区域中的空气含量，促使燃烧区域的煤粉浓度得到提高。通过这种方式使得煤粉在进入炉膛后整体形成富燃烧区域，燃料在该区域进行缺氧燃烧，造成氮氧化物生成量的降低。通过缺氧燃烧后的烟气再和二次风混合后使得燃料完全燃烧。

　　该技术主要是降低燃烧区域的空气量进而减少氮氧化物的生成，技术的关键在于对风的分配处理，当前该技术在新锅炉设计和燃烧器改造当中应用较为广泛。

　　(3)烟气再循环技术。烟气在循环技术主要是将一、二次风和锅炉尾气部位的低温烟气混合之后送入炉内，在此过程中使得燃烧区的温度得以降低，同 时 也 降 低 燃烧区域位置的氧浓度，进而降低氮氧化合物的生成量，采用该技术最为主要的关键点在于选择煤种的变化以及烟气的再循环率，该技术的原理示意图如图2所示[2]。

　　1.2 燃烧脱硝技术方案

　　1.2.1 接触还原法SCR

　　该技术方法的原理主要是通过催 化剂的作用，以NH3 作为催化剂在适当温度范围内和烟气中相关物质反应进 而 生 成 N2 和 H2O，采用此类方式进行脱硝效率可以达到60%～90%左右。

　　选择性催化脱硝法当前在工业化中广泛运用，该 系统主要包括有催化剂，催化剂反应器以及喷射系统等。在目前所现行的火力发电当中SCR 方法占比约为95%，该方法的优点主要有：

　　(1)烟气脱硝的效率一般在90%以上。

　　(2)该技术的反应温度相对较低，催化剂的种类选取较多。

　　(3)该技术方法的氨逃逸较小，一般为3～5ppm。

　　(4)由于使用催化剂的活性温度相对较高，因此可以对多种锅炉运行负荷以及煤种加以适应。(5)具有较高的化学反应催化剂。

　　1.2.2 非接触还原法SNCR

　　该技术目前仅次 于 SCR 技 术，SNCR 技 术 初 期 主 要在中小型机组当中使用，到90年代开始应用于大型机组，该技术的原理是在一定温度范围内并且没有催化剂作用下，将氮还原剂在炉内雾化或者是在此之前进行雾化处理，在烟气充分混合之后将其进行还原处理，最终形成氮气和水。

　　该技术采用炉膛喷射脱硝的方法，通过在上部喷射某种物质使其发生还原反应生成氮氧化物，以 此 降 低 该物质的排放量，目前所喷射的物质包括有氨，水以及二次燃料等，其中喷水和二次燃料的方法尚且存在一些问题，就是 怎 样 对 NO 进行氧化处理以及解决非选择性的问题，当前这两种 技 术 尚 不 成 熟。喷氨法主要是选择性降低氮氧化物排放 量 的 方 法，氨气只能与氮氧化物发生反应，在不作为催化剂作 用 时，该 反 应 只 能 在 950 ℃ 到1050 ℃的范围内发生，由此该方法又被称之为选择性非催化脱硝法，在进行氨的喷射点选择时一般选定在炉膛上部烟风道入口位置，该技术的特点包括有：

　　(1)氨气与氮氧化物直接进行反应，在此过程中不需催化剂作用。

　　(2)由 于 SCR 在催化剂作用下会使得 SO2 转 化 为SO3，但是SNCR 技术由于具有较大的氨逃逸率因此避免了 该 问 题，SNCR 技术的氨逃逸率一般在5～15ppm左右。

　　(3)较之于SCR技术，该技术的初始投资更小，运行费用低同时运行周期短。

　　(4)该技术相对成熟，目前在100MW 机组下使用较为普遍，但是该工艺当前的市场占有率仍然较低。

　　通过对燃烧电厂进行实地调研以及对燃煤电厂的相关技术 人 员 进 行 咨 询，对上述五种技术方法进行对比分析[3]。

　　根据上述表格可以了解到当前所使用的燃烧技术具有占地空间较小以及对燃料具有较强适应性的特点，但是较之于烟气脱硝技术其脱硝效率明显较低，SCR 技术较之于SNCR技术的反应温度更低，脱硝效率更高，同时技术更为成熟，本身运行的稳定性相对更好，而且 SNCR技术基本没有使 用 催 化 剂，该技术的投资运行费用相对更低。

　　2燃煤电厂氮氧化物减排实证研究

　　2.1 电厂概况

　　本次研究的电厂位于山西省大同市云冈区，为 循 环流化床锅炉，同时为云冈区提供供热。

　　目前电厂已经完成了二期工程并投入使用，一 期 采用4×50 MW 燃煤机组，二期为2×330 MW 燃煤机组，现对二期2×330 MW 机组进行脱硝系统改造。对 上 述几种方案进行灰色综合性的评 价，以便于最终确定氮氧化物的减排技术方案。

　　2.2 技术性能研究

　　首先根据相关指标层次建立完成白化函数，在 技 术性能方面主要研究对象包括有工艺成熟度，氨逃逸，还原剂的易处理性以及燃料适应性。

　　在工艺成熟度方面根据氮氧化物实际的减排工艺情况，将成熟度划分为工业示范，应用以及商业化三个等级，等级划分表如表2所示。

　　2.5 实验结果分析

　　通过上述公式及指标求得指标矩阵，最 终 得 到 各 项性能的评价结果，采用 R1，R2和 R3表示，根据其权重得到环境性能指标为0.61，经济性为0.28，技术性占比最小为0.11，根据环境性能指标可以了解到采用 SCR 技术更为有利，这是由于该项技术的脱硝率较高，可以达到氮氧化物的排放标准，因此在环保层面而言明显优于其他几种方案。电厂在经过 SCR 技术改良后其主要污染物和处理措施如下：

　　(1)二期燃煤机组在通过 SCR 技术进行减排后氮氧化物的排放标准满足山西地方要求(50mg/m3)，下表为减排前后的对比情况。

　　(2)采用SCR技术后催化剂更新周期约为4年，在其失效后可以返回厂家处理，因此不会二次污染环境。

　　3结语

　　该电厂采用SCR技术进行减排后其脱硝率为80%，氮氧化物的排放量减少2890.7吨/年，同时可以 对 周 边空气质量进行有 效 改 善，在催化剂失效后返回厂家处理因此也不会二次影响环境，总体而言采用 SCR 技术在环境保护方面明显具有更好效果，从综合评分角度而言SCR技术的得分最高，可以有效避免发生污染，因此该方案具有良好的环境效益。——论文作者：马 志

　　相关期刊推荐：《自动化应用》(月刊)创刊于1960年，由国家科技部主管，科技部西南信息中心主办，以自动化科技前沿技术为基础,主要报道系统工程应用技术。设有：前沿技术、变频节能、软起动系统、PLC、人机界面控制系统、传感检测系统、智能仪器仪表、解决方案、新能源等栏目。

文章名称：燃煤电厂氮氧化物排放实证研究分析

文章地址：http://www.sciqk.com/lwfw/dzlw/12146.html