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燃煤电厂低氮燃烧与烟气脱硝SCR技术联用的研究 　　【摘要】“十二五”期间NOx污染控制将成为燃煤电厂的主要工作。本文主要介绍了燃煤电厂NOx的生成类型以及在燃烧过程中和燃烧后NOx的脱除技术——低氮燃烧技术和烟气脱硝技术。并阐述低氮燃烧与烟气SCR脱硝技术联用是控制NOx排放的有效手段。 　　【关键字】脱硝；低氮燃烧技术；烟气脱硝SCR技术；联用 　　1.引言 　　随着现代工业的发展和汽车数量的日益增加，人类向大气中排放NOx越来越多，其中90%以上来源于煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧。NOx大量排放不仅造成酸雨、光化学烟雾和PM2.5（细小颗粒吸附NOx和SO2等污染物形成）对环境产生严重污染，而且对人体健康也造成极大危害。 　　现在世界各国对NOx排放提出了越来越高的要求，我国污染物减排“十二五”规划也首次将NOx控制列入减排指标，到2015年全国NOx排放总量控制在2046.2万吨，比2010年的2273.6万吨减排10%。为有效控制污染物排放，2011年7月，环保部发布了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），其对NOx排放限值做了进一步的规定：自2012年1月1日起，所有新建火电机组排放限制为100mg/m3，广西、重庆、四川、贵州等高硫地区执行200mg/m3；自2014年7月1日起，现有火电机组亦执行以上标准；《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中规定的47个重点地区执行特别排放限值100mg/m3的标准。该标准与2003版相比，NOx排放标准更加严格。目前，发达国家新建火电机组NOx排放限值均大于100mg/m3。因此，该新标准是世界上最严格的火电机组NOx排放标准，火电企业为了达到该排放标准的要求，必须采用高效脱硝技术控制NOx排放。 　　2.煤燃烧生成NOx的类型 　　煤在燃烧过程中，NOx的生成是燃烧反应的一部分，燃烧中生成的NOx主要是NO和NO2。在通常的燃烧温度下，锅炉排出的烟气中NO占NOx总量的95%左右，而NO2仅约占5%左右。煤燃烧过程中生成的NOx有三种类型：热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。热力型NOx主要与燃烧温度有关，当燃烧温度在1350℃以上时，生成量较大；燃料型NOx为煤燃烧过程中所生成的NOx的主要来源，在燃烧锅炉中，燃料型NOx约占NOx生成总量的80～90%。快速型NOx生成量较小一般占总NOx生成量的5%以下。 　　3.低氮燃烧技术 　　低氮燃烧技术是通过控制燃烧条件减少燃烧中NOx的生成量。我国对低氮燃烧技术的研究始于20世纪80年代，主要有空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环燃烧以及低氮燃烧器等技术。 　　为了有效控制NOx的生成，可将空气分级燃烧、燃料分级燃烧和烟气再循环燃烧技术应用于燃烧器，以尽可能地降低烟气中氧的浓度和燃烧的温度，最大限度的减少在燃烧过程中生成的NOx。采用该技术只需用低氮燃烧器替换原来的燃烧器即可实现控制NOx排放的目的。目前新建的300MW及以上火电机组已普遍采用该技术；对于现有机组，该技术的亦是比较容易实现的、比较经济的NOx控制技术，因此被广泛应用。低氮燃烧技术可降低30～50%的NOx排放。 　　4.选择性催化还原（SCR）脱硝技术 　　SCR脱硝技术是目前应用最广泛，脱硝效率最高的NOx脱除技术。该技术是在有氧状况下，通过催化剂在适合的温度范围内（285～400℃）使烟气中的NOx与还原剂NH3发生反应生成N2和H2O，从而达到除去烟气中NOx的目的。其基本反应方程式为： 　　4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 　　6NO2+8NH3→7N2+12H2O 　　SCR反应器根据所处锅炉和烟囱之间烟道的不同位置分为高尘区和低尘区两种布置方式。由于高尘区布置方式烟道系统简单，压力损失较小，反应器温度适合，一般不需要额外热源加热处理烟气，设备成本及运行费用较低，因此，SCR反应器多选用该布置方式进行设计。 　　催化剂是SCR脱硝技术的重要组成部分，其可分为贵金属型、金属氧化物型、沸石分子筛型和活性炭催化剂4种。目前，火电厂常用催化剂为金属氧化物型—TiO2为载体的V2O5/WO3催化剂。其载体形式主要有蜂窝式、平板式和波纹式三种类型。美国能源局测试这三种类型催化剂脱硝效果发现，“其他两种不一定优于第三种”，即三种催化剂脱硝效果无明显差别。 　　5.低NOx燃烧与烟气SCR脱硝技术联用 　　根据《火电厂氮氧化物防治技术政策》环发[2010]10号规定：“低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术”。低氮燃烧技术投资成本低，无运行费用，而且可在锅炉中不添加任何脱硝还原剂，只通过调整燃烧方式即可从源头控制NOx的生成。但是仅通过低氮燃烧技术不能达到污染物排放要