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[摘 要]近年来，我国NOx排放量不断增加，酸雨污染严重，形势非常严峻。本文就SCR脱硝技术结合低氮燃烧在电站锅炉中的应用进行了简单的分析。
[关键词]SCR脱硝技术；低氮燃烧
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0263-01
一、NOx产生机理与控制技术
1.NOx产生机理
煤炭燃烧过程中形成的NOx有3种：快速型NOx、热力型NOx和燃料型NOx。其中快速型NOx所占比例很小，可略去不计。热力型NOx生成量与燃烧反应温度和氧浓度有关，是氮气在高温下直接氧化而成。燃料型NOx主要来自于挥发分氮，是燃料中氮化合物在燃烧中热分解且氧化而成，其生成量与火焰附近的氧浓度有关，在氧化气氛下，挥发分氮直接被氧化成NOx；在还原气氛下，挥发分氮可将部分已生产的NOx还原成N2。
2.NOx控制技术
电厂锅炉燃烧产生的NOx污染排放控制技术主要通过两种方式来进行。
2.1 采用低氮燃烧技术来减少NOx生成
采用各种低NOx燃烧技术可以使NOx的排放量降低30%～70%。低NOx燃烧技术主要包括：低氧燃烧、空气分级燃烧、烟气再循环燃烧、低NOx燃烧器、燃料分级燃烧等。
2.2 采用烟气脱硝技术来减少NOx排放
常用的烟气脱硝技术是选择性催化还原法（SCR），通过在烟气中加入还原剂氨，在催化剂作用下，氨与烟气中的氮氧化物发生还原反应，生成无害的氮气和水。催化剂的参与降低了反应温度，并提高反应效率。一般催化还原（SCR）技术脱销效率可高达90%。
二、某电厂低氮燃烧加 SCR联合脱硝技术的应用
1.锅炉整体结构
某电厂一期2×600MW机组锅炉为哈尔滨锅炉公司制造的超临界、直流锅炉，前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢构架的∏型锅炉；型号为HG1900/25.4-YM4。炉膛燃烧器布置方式采用前后墙布置，对冲燃烧。前后墙上各布置3层燃烧器，每层各有5只LNASB低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器，总共30只，A层燃烧器上安装等离子点火设备。在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置1层燃尽风口，每层布置5只，共10只燃尽风口。
2.低氮燃烧技术的应用
2.1 2013年11月，某电厂1号炉进行NOx燃烧器及脱硝工程改造。NOx燃烧器可更深程度地抑制NOx的生成，增强煤粉燃尽性能，扩大煤种适用范围。其结构示意图及特点如：
1）采用结构简单、高效、低阻的煤粉浓缩装置，可将煤粉主气流浓度提高至1kg/kg左右，实现煤粉的深度浓淡分级燃烧。
2）二次风部分设有导流筒、切向可动叶片等装置，使二次风分级送出，在燃烧器出口组织大尺度的“环形回流区”，卷吸足够量的高温烟气至一次风气流内部，使煤粉快速着火，提前进入还原区。
3）通过改进燃烧器各部件的结构型式，在燃烧反应过程中适当推迟二次风的掺混时机，使燃烧器区域呈现强烈的还原性反应气氛。在这种高温、强还原性反应条件下，部分煤粉先发生燃烧反应，生成一定量的NOx，另一部分煤粉挥发分分解产生的具有较强还原作用的氨基类或氰类含氮原子团（NH3，CN，HCN），使N元素最终转化为N2，从而降低NOx的最终生成量。
2.2 改造燃尽风装置
在原有的燃尽风装置上方前后墙各安装一层燃尽风装置，新增10只燃尽风装置。改造后的锅炉燃尽风风量占锅炉总风量的27.5%。燃尽风喷口以二股气流高速进入炉膛：第一股以较高的轴向速度的二次风气流冲出以保证穿透炉膛气流；第二股二次风气流在外围旋流进入炉膛以保证空气与燃烧产物中的未燃颗粒充分混合。布置燃尽风实现了炉内轴向空气分级燃烧，降低了主燃区过量空气系数，使主燃区还原性气氛增强，可降低烟气中NOx的排放量。
2.3 中心给粉旋流煤粉燃烧技术的基本原理
从一次风输粉管道送来的煤粉被集中到燃烧器的中心，经一次风喷口喷入炉膛。喷入位置正对燃烧器的中心回流区中心部分，煤粉的穿越时间延长，延长了煤粉在还原性气氛中的停留时间，可有效控制燃料型NOx的形成。在一、二次风出口处安装扩口，推迟一、二次风的混合，有效降低NOx排放。二次风通过二次风道进入燃烧器后分成两部分，由于二次风被分成了内、外两部分，因而形成了分级燃烧，与中心给粉相结合，实现了低NOx排放。
3.SCR烟气脱硝技术的应用
3.1 SCR烟气脱硝技术的反应机理
SCR技术是还原剂（NH3）在催化剂作用下，与NOx反应生成N2和H2O。主要反应式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
6NO+4NH3→6H2O+5N2
3.2 主要设计指标和性能保证值（表1）
3.3 SCR烟气脱硝技术的工艺系统及流程
采用液氨为吸收剂的SCR脱硝工艺系统可分为液氨储运系统、氨气制备和供应系统、氨/空气混合系统、氨喷射系统、SCR反应器系统和废水吸收处理系统等。
由氨气缓冲罐输出的氨气和稀释风机鼓入的空气在氨/空气混合器混合，得到含5%左右氨气的混合气体，进入SCR反应器入口的氨喷射系统。氨喷射系统包括喷氨分流调整系统、氨气流量控制模块和氨喷射格栅。喷氨分流调整系统是将氨气做初步调整分流，使之能均匀喷入每一个喷射格栅；氨气流量控制模块根据SCR入口烟气中的NOx含量及负荷情况、以SCR出口NOx含量≤100mg/Nm3和NH3含量<3ppm进行调节氨喷射量；氨喷射格栅位于SCR反应器前端，使氨气均匀分布于烟气中，利于NH3和NOx充分接觸，提高脱硝效率。氨反应区均按照单炉体双SCR通道布置，高灰型SCR布置方式，即SCR反应器布置在锅炉省煤器出口和空气预热器之间，在炉后消防通道的上方，不设旁路。SCR部分的催化剂层数按3层（2+1）方案进行设计，在日常燃用煤种、锅炉BMCR工况、处理100%烟气量条件下脱硝总效率大于80%。
4.结束语
SCR烟气脱硝技术和低NOx燃烧技术联合在电站锅炉上应用，大大降低了NOx排放量。
参考文献
[1] 王淑奇，文炼红，杨继明.单元机组设备运行 锅炉设备与运行[J]. 中国电力出版社，2009，（12）.
[2] 孙学信.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M]，北京：中国电力出版社，2002.
[3] 刘炜，张俊丰，童志权；选择性催化还原法（SCR）脱硝研究进展[J]；工业安全与环保；2005年01期.
[关键词]SCR脱硝技术；低氮燃烧
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0263-01
一、NOx产生机理与控制技术
1.NOx产生机理
煤炭燃烧过程中形成的NOx有3种：快速型NOx、热力型NOx和燃料型NOx。其中快速型NOx所占比例很小，可略去不计。热力型NOx生成量与燃烧反应温度和氧浓度有关，是氮气在高温下直接氧化而成。燃料型NOx主要来自于挥发分氮，是燃料中氮化合物在燃烧中热分解且氧化而成，其生成量与火焰附近的氧浓度有关，在氧化气氛下，挥发分氮直接被氧化成NOx；在还原气氛下，挥发分氮可将部分已生产的NOx还原成N2。
2.NOx控制技术
电厂锅炉燃烧产生的NOx污染排放控制技术主要通过两种方式来进行。
2.1 采用低氮燃烧技术来减少NOx生成
采用各种低NOx燃烧技术可以使NOx的排放量降低30%～70%。低NOx燃烧技术主要包括：低氧燃烧、空气分级燃烧、烟气再循环燃烧、低NOx燃烧器、燃料分级燃烧等。
2.2 采用烟气脱硝技术来减少NOx排放
常用的烟气脱硝技术是选择性催化还原法（SCR），通过在烟气中加入还原剂氨，在催化剂作用下，氨与烟气中的氮氧化物发生还原反应，生成无害的氮气和水。催化剂的参与降低了反应温度，并提高反应效率。一般催化还原（SCR）技术脱销效率可高达90%。
二、某电厂低氮燃烧加 SCR联合脱硝技术的应用
1.锅炉整体结构
某电厂一期2×600MW机组锅炉为哈尔滨锅炉公司制造的超临界、直流锅炉，前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢构架的∏型锅炉；型号为HG1900/25.4-YM4。炉膛燃烧器布置方式采用前后墙布置，对冲燃烧。前后墙上各布置3层燃烧器，每层各有5只LNASB低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器，总共30只，A层燃烧器上安装等离子点火设备。在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置1层燃尽风口，每层布置5只，共10只燃尽风口。
2.低氮燃烧技术的应用
2.1 2013年11月，某电厂1号炉进行NOx燃烧器及脱硝工程改造。NOx燃烧器可更深程度地抑制NOx的生成，增强煤粉燃尽性能，扩大煤种适用范围。其结构示意图及特点如：
1）采用结构简单、高效、低阻的煤粉浓缩装置，可将煤粉主气流浓度提高至1kg/kg左右，实现煤粉的深度浓淡分级燃烧。
2）二次风部分设有导流筒、切向可动叶片等装置，使二次风分级送出，在燃烧器出口组织大尺度的“环形回流区”，卷吸足够量的高温烟气至一次风气流内部，使煤粉快速着火，提前进入还原区。
3）通过改进燃烧器各部件的结构型式，在燃烧反应过程中适当推迟二次风的掺混时机，使燃烧器区域呈现强烈的还原性反应气氛。在这种高温、强还原性反应条件下，部分煤粉先发生燃烧反应，生成一定量的NOx，另一部分煤粉挥发分分解产生的具有较强还原作用的氨基类或氰类含氮原子团（NH3，CN，HCN），使N元素最终转化为N2，从而降低NOx的最终生成量。
2.2 改造燃尽风装置
在原有的燃尽风装置上方前后墙各安装一层燃尽风装置，新增10只燃尽风装置。改造后的锅炉燃尽风风量占锅炉总风量的27.5%。燃尽风喷口以二股气流高速进入炉膛：第一股以较高的轴向速度的二次风气流冲出以保证穿透炉膛气流；第二股二次风气流在外围旋流进入炉膛以保证空气与燃烧产物中的未燃颗粒充分混合。布置燃尽风实现了炉内轴向空气分级燃烧，降低了主燃区过量空气系数，使主燃区还原性气氛增强，可降低烟气中NOx的排放量。
2.3 中心给粉旋流煤粉燃烧技术的基本原理
从一次风输粉管道送来的煤粉被集中到燃烧器的中心，经一次风喷口喷入炉膛。喷入位置正对燃烧器的中心回流区中心部分，煤粉的穿越时间延长，延长了煤粉在还原性气氛中的停留时间，可有效控制燃料型NOx的形成。在一、二次风出口处安装扩口，推迟一、二次风的混合，有效降低NOx排放。二次风通过二次风道进入燃烧器后分成两部分，由于二次风被分成了内、外两部分，因而形成了分级燃烧，与中心给粉相结合，实现了低NOx排放。
3.SCR烟气脱硝技术的应用
3.1 SCR烟气脱硝技术的反应机理
SCR技术是还原剂（NH3）在催化剂作用下，与NOx反应生成N2和H2O。主要反应式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
6NO+4NH3→6H2O+5N2
3.2 主要设计指标和性能保证值（表1）
3.3 SCR烟气脱硝技术的工艺系统及流程
采用液氨为吸收剂的SCR脱硝工艺系统可分为液氨储运系统、氨气制备和供应系统、氨/空气混合系统、氨喷射系统、SCR反应器系统和废水吸收处理系统等。
由氨气缓冲罐输出的氨气和稀释风机鼓入的空气在氨/空气混合器混合，得到含5%左右氨气的混合气体，进入SCR反应器入口的氨喷射系统。氨喷射系统包括喷氨分流调整系统、氨气流量控制模块和氨喷射格栅。喷氨分流调整系统是将氨气做初步调整分流，使之能均匀喷入每一个喷射格栅；氨气流量控制模块根据SCR入口烟气中的NOx含量及负荷情况、以SCR出口NOx含量≤100mg/Nm3和NH3含量<3ppm进行调节氨喷射量；氨喷射格栅位于SCR反应器前端，使氨气均匀分布于烟气中，利于NH3和NOx充分接觸，提高脱硝效率。氨反应区均按照单炉体双SCR通道布置，高灰型SCR布置方式，即SCR反应器布置在锅炉省煤器出口和空气预热器之间，在炉后消防通道的上方，不设旁路。SCR部分的催化剂层数按3层（2+1）方案进行设计，在日常燃用煤种、锅炉BMCR工况、处理100%烟气量条件下脱硝总效率大于80%。
4.结束语
SCR烟气脱硝技术和低NOx燃烧技术联合在电站锅炉上应用，大大降低了NOx排放量。
参考文献
[1] 王淑奇，文炼红，杨继明.单元机组设备运行 锅炉设备与运行[J]. 中国电力出版社，2009，（12）.
[2] 孙学信.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M]，北京：中国电力出版社，2002.
[3] 刘炜，张俊丰，童志权；选择性催化还原法（SCR）脱硝研究进展[J]；工业安全与环保；2005年01期.