殷 慧

(南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

0 引言

我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭作為重要的能源資源，在投入使用的過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生有害的尾氣，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。火電廠作為煤炭使用的“主力軍”，燃煤產(chǎn)生的氮氧化物(NOX)是大氣的主要污染源，超量的排放不但會(huì)造成酸雨的形成，也會(huì)產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人類健康。近年來(lái)，我國(guó)堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展路線，對(duì)環(huán)境質(zhì)量提出了更高的要求，相繼出臺(tái)了一系列環(huán)保政策，明確規(guī)定了火電廠NOX的排放標(biāo)準(zhǔn)，這無(wú)疑對(duì)火電廠的煙氣脫硝技術(shù)提出了更大的挑戰(zhàn)，煙氣脫硝水平亟待提高。

1 SCR脫硝技術(shù)

目前我國(guó)針對(duì)火電廠燃煤產(chǎn)生的NOX減排問(wèn)題，主要有兩種解決方案，第一種是在燃燒過(guò)程中加以控制，需要優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，降低產(chǎn)生的NOX含量，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；第二種是對(duì)燃燒后的尾氣加以處理，即進(jìn)行煙氣尾氣脫硝。目前火電廠是將低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)結(jié)合投入使用[1]。

在尾部煙氣脫硝技術(shù)中，主要有選擇性催化還原(SCR)技術(shù)、選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)以及SCR-SNCR混合脫硝技術(shù)。綜合考慮脫硝效率、工藝復(fù)雜度、工程造價(jià)和運(yùn)維費(fèi)用這幾方面的因素，選擇性催化還原(SCR)技術(shù)使用頻率較大，應(yīng)用較為廣泛。它作為一種高效的煙氣脫硝技術(shù)，NOX的脫除效率可維持在80%～90%，且二次污染小，技術(shù)相對(duì)成熟。

2 SCR脫硝原理

火電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)采用高灰高塵布置工藝，安裝在省煤器和空預(yù)器之間[2]。尿素?zé)峤夂退猱a(chǎn)生的NH3通過(guò)噴氨格柵均勻噴入煙道中，與煙氣充分混合后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在蜂窩式催化劑的作用下進(jìn)行選擇性催化還原反應(yīng)，生成無(wú)毒害的N2和H2O，達(dá)到脫硝的目的，脫硝系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 SCR脫硝系統(tǒng)

在反應(yīng)過(guò)程中，須控制溫度在300℃～400℃，催化劑發(fā)揮最大活性，達(dá)到較高的脫硝效率。主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+6NO→5N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO→7N2+12H2O

當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到350℃以上時(shí)，會(huì)發(fā)生NH3氧化以及NH3分解等副反應(yīng)，造成NH3的浪費(fèi)，條件允許的話，應(yīng)盡量控制溫度低于350℃。在此過(guò)程中，可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：

4NH3+O2→2N2+6H2O

2NH3→N2+3H2O

4NH3+5O2→4NO+6H2O

除此之外，燃燒后的煙氣在進(jìn)入SCR脫硝系統(tǒng)時(shí)，由于未進(jìn)行脫硫操作，相應(yīng)的硫化物(SOX)也會(huì)參與到一系列的化學(xué)反應(yīng)中來(lái)，主要有：

2SO2+O2→3SO3

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

3 脫硝效率影響因素分析

3.1 催化劑

脫硝反應(yīng)溫度約達(dá)1 000℃，這給電廠提供反應(yīng)條件帶來(lái)了較大的難度，使用催化劑可以極大地提高催化反應(yīng)的效能，降低反應(yīng)溫度。目前火電廠大多選擇活性較高的五氧化二釩(V2O5)為主要催化劑，二氧化銻(TiO2)作為載體。為了達(dá)到催化劑的反應(yīng)溫度，火電廠選用了高灰、高塵布置工藝，SCR反應(yīng)器安裝在省煤器和空預(yù)器之間，這樣從省煤器出來(lái)的溫度能達(dá)到催化劑的反應(yīng)溫度(約350℃)，無(wú)需添加加熱裝置。但是鍋爐尾部出來(lái)的空氣帶有很多雜質(zhì)、懸浮物以及金屬元素，不但會(huì)影響催化劑的活性，也給SCR反應(yīng)器帶來(lái)了安全隱患[3]。另外，由于反應(yīng)溫度較高會(huì)導(dǎo)致催化劑失活，因此要定期對(duì)催化劑進(jìn)行活性檢測(cè)，對(duì)假性失活的情況應(yīng)及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)[4]。相關(guān)科研人員也要加大對(duì)催化劑的開(kāi)發(fā)研究，研制低溫催化劑[2]。

3.2 煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)

CEMS是目前火電廠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污染物濃度和排放總量的裝置，但在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題較多，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)減排監(jiān)測(cè)的要求。CEMS在工作時(shí)需要選取合適的監(jiān)測(cè)取樣點(diǎn)才能得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)[5]，這給電廠監(jiān)管人員的工作帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。由于NOX的測(cè)量需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的伴熱管線才能到達(dá)煙氣分析儀，造成了CEMS測(cè)量數(shù)據(jù)不夠及時(shí)；在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，CEMS也伴隨著儀器老化、反應(yīng)遲鈍、測(cè)量數(shù)據(jù)失準(zhǔn)等問(wèn)題。CEMS在測(cè)量煙氣濃度時(shí)存在滯后，入口NOX濃度測(cè)量延時(shí)，NH3量得不到及時(shí)準(zhǔn)確地供應(yīng)，使得出口NOX濃度不能準(zhǔn)確地控制在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。因此，需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的軟測(cè)量技術(shù)，建立準(zhǔn)確地模型預(yù)測(cè)入口NOX，配合CEMS以達(dá)到更好的監(jiān)測(cè)效果。

3.3 氨氣優(yōu)化控制系統(tǒng)

SCR系統(tǒng)具有較強(qiáng)的非線性、時(shí)滯性以及動(dòng)態(tài)性[6]，傳統(tǒng)的PID單回路控制系統(tǒng)在投入使用的過(guò)程中優(yōu)化噴氨效果不明顯，無(wú)法有效地改善系統(tǒng)強(qiáng)滯后性所帶來(lái)的噴氨失準(zhǔn)造成資源浪費(fèi)和二次污染的問(wèn)題。研究新型控制方法，對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)安全運(yùn)行，提高脫硝效率并提高電廠經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。一方面，側(cè)重于對(duì)被調(diào)量NOX進(jìn)行預(yù)處理使其變化量被提前預(yù)知，有效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)工況的改變，降低噴氨環(huán)節(jié)的滯后[7]；另一方面，在串級(jí)PID控制方法上增加智能前饋環(huán)節(jié)，提高機(jī)組參與調(diào)峰、調(diào)頻的能力，克服延時(shí)環(huán)節(jié)影響，提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)[8]。此外，須加大對(duì)新型控制方法的科研投入，更新和優(yōu)化控制系統(tǒng)達(dá)到更好的控制效果。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的SCR煙氣脫硝技術(shù)雖然已經(jīng)相對(duì)成熟，但對(duì)于嚴(yán)格的NOX排放標(biāo)準(zhǔn)，脫硝效率有待進(jìn)一步提高。加大科研投入，攻克一系列難題，不僅對(duì)環(huán)境的保護(hù)有著極大的促進(jìn)作用，也對(duì)電廠經(jīng)濟(jì)效益的提高具有重大意義。