燃煤電廠鍋爐脫硝問(wèn)題及改造探究

李 億

身份證號(hào)碼：130627198601280633

燃煤電廠鍋爐脫硝問(wèn)題及改造探究

李 億

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煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有的比例超過(guò)了70%，并且這一情況在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。燃煤會(huì)產(chǎn)生SO2和NOx等一系列大氣污染物，進(jìn)而引發(fā)酸雨和光化學(xué)煙霧等環(huán)境問(wèn)題。雖然我國(guó)已經(jīng)順利達(dá)到了SO2的減排目標(biāo)，但是我國(guó)的酸雨污染并沒(méi)有明顯的好轉(zhuǎn)，并且正在由傳統(tǒng)的硫酸型向硫酸/硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)換。所以強(qiáng)化燃煤電廠鍋爐脫硝問(wèn)題改造刻不容緩?；诖?，本文將著重分析探討燃煤電廠鍋爐脫硝技術(shù)手及改造，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

燃煤電廠；鍋爐脫硝；技術(shù)；改造

1 燃煤電廠鍋爐脫硝技術(shù)分析

1.1 低NOx燃燒技術(shù)

1)低過(guò)量空氣燃燒技術(shù)。該技術(shù)是優(yōu)化燃燒裝置，降低氮氧化物生產(chǎn)量的有效途徑，這項(xiàng)技術(shù)不需對(duì)燃燒裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，在盡可能降低NOx排放量的同時(shí)，提高裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。2)低氮燃燒器技術(shù)。該技術(shù)的最大特點(diǎn)是在燃燒器的出口實(shí)現(xiàn)分級(jí)送風(fēng)以及和燃料之間比例的合理，實(shí)現(xiàn)抑制NOx產(chǎn)生的目的。3)空氣分級(jí)燃燒技術(shù)?？諝夥旨?jí)燃燒技術(shù)主要是控制空氣跟煤粉之間混合的一個(gè)過(guò)程，將燃燒所需的空氣逐級(jí)送入到燃燒火焰中，讓煤粉顆粒在燃燒初期實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，降低了氮氧化物的排放。分級(jí)燃燒技術(shù)主要有垂直分級(jí)和水平分級(jí)兩種。4)燃料分級(jí)技術(shù)。該燃燒技術(shù)可以將燃燒分成了主燃燒區(qū)再燃燒區(qū)以及燃盡區(qū)三個(gè)區(qū)域。5)煙氣再循環(huán)技術(shù)。該技術(shù)主要利用低氧和溫度較低的特點(diǎn)，從省煤氣出口抽出部分的煙氣，將其加入到二次或者一次風(fēng)中，然后將在循環(huán)噴入爐膛中合適的位置，降低局部的溫度和形成局部還原性氣氛，有效抑制NOx的生成。

1.2 SCR工藝技術(shù)

SCR法即為選擇性催化還原法。選擇SCR工藝技術(shù)主要具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：一是發(fā)生反應(yīng)的溫度較低，一般只需300℃-450℃即可；二是SCR工藝技術(shù)的脫硝率高，能夠達(dá)到80%以上；三是SCR工藝設(shè)備運(yùn)行可靠性高；四是經(jīng)SCR工藝還原的氮?dú)獠粫?huì)造成二次污染；而SCR工藝技術(shù)也存在一些不容忽視的缺點(diǎn)：如煙氣的成分比較復(fù)雜，其中含有一些成分能夠?qū)е轮囟群透叻稚⒌姆蹓m微粒能夠覆蓋催化劑的表、降低催化劑的活性、SCR工藝的設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用較高。

1.3 SNC R脫硝技術(shù)

在溫度為850～1250℃范圍內(nèi)無(wú)催化劑條件下，氨或尿素等氨基脫硝劑可選擇性地把煙氣中的NO還原為N2和H2O。該方法是以爐膛為反應(yīng)器。脫硝劑噴入爐膛的這一狹窄的溫度范圍內(nèi)，無(wú)催化劑作用下，尿素的氨基脫硝劑可選擇性地還原煙氣中的NO，與煙氣中的O2基本不發(fā)生反應(yīng)。NO在煙氣NOx中的含量約在90%以上，所以尿素溶液還原NO的主要反應(yīng)為：

2NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+2H2O

(見(jiàn)表1)

由于爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)的局限性，對(duì)于燃煤鍋爐，雖然采用改進(jìn)燃燒技術(shù)可以達(dá)到一定的脫除Nox 效果，但脫除率一般不超過(guò)60 % ， Nox 的排放仍不能達(dá)到令人滿意的程度。為了進(jìn)一步降低Nox 排放，必須對(duì)燃燒后的煙氣進(jìn)行脫硝處理。目前工業(yè)上應(yīng)用的爐后脫硝可分為選擇性非催化還原法(SNCR)，選擇性催化還原法(SCR)。

2 SCR法技術(shù)應(yīng)用及改造

2.1 還原劑耗量

優(yōu)化由于還原劑的費(fèi)用占脫硝運(yùn)行成本的比例較大，通過(guò)減少還原劑的消耗量可以有效地降低脫硝運(yùn)行成本，脫硝裝置還原劑大多為液氨而在煙氣脫硝裝置中氨的擴(kuò)散、氨與 NOx 的混合和分布效果是影響煙氣脫硝效率和避免氨逃逸的關(guān)鍵因素之一，為了避免高的氨逃逸提高系統(tǒng)脫硝率，要求煙氣氣流和氨濃度分布均勻，可以通過(guò)加裝導(dǎo)流板來(lái)提高煙氣速度場(chǎng)和還原劑濃度場(chǎng)的均勻性，這樣不會(huì)增加反應(yīng)器內(nèi)部的壓降整流格柵還可以優(yōu)化進(jìn)入首層催化劑的氣流方向，使煙氣垂直進(jìn)入催化劑層，另外還可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況對(duì)系統(tǒng)的噴氨量進(jìn)行調(diào)整，在濃度高的區(qū)域增加噴氨量濃度低區(qū)域減少噴氨量。

表1 兩種脫硝工藝對(duì)比

2.2 吹灰系統(tǒng)優(yōu)化

反應(yīng)過(guò)程中會(huì)生成化合物硫酸氫氨和硫酸銨具有粘性的細(xì)小顆粒，引起催化劑表面鈍化，即導(dǎo)致催化劑活性降低。這時(shí)需要吹灰系統(tǒng)來(lái)保證脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù) SCR 反應(yīng)器內(nèi)的煙氣成分和催化劑的性質(zhì)。目前普遍應(yīng)用的是聲波和蒸汽 2 種吹灰器，當(dāng)催化劑表面沉積灰塵較小時(shí)，蒸汽吹灰器和聲波吹掃的效果是等同的；當(dāng)催化劑表面沉積灰塵量較多時(shí)，采用蒸汽吹灰效率更高。因此，對(duì)于灰分高的 SCR 項(xiàng)目， 應(yīng)優(yōu)先考慮使用蒸汽式吹灰器 ，同時(shí)應(yīng)根據(jù) SCR 裝置實(shí)際積灰特征選擇具體的吹灰方式，另外，無(wú)論是否噴氨，在鍋爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行后，應(yīng)將吹灰系統(tǒng)投入運(yùn)行。

2.3 催化劑的維護(hù)優(yōu)化

催化劑的正常工作溫度為 300～450℃，只有當(dāng)煙氣溫度在此范圍內(nèi)時(shí)，催化劑才能正常工作。當(dāng)條件變化時(shí)就會(huì)導(dǎo)致催化劑失活，催化劑的失活是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程。包括：沾污、孔堵塞、中毒和熱燒結(jié)等。其中，當(dāng)運(yùn)行溫度過(guò)高時(shí)，催化劑在長(zhǎng)期使用過(guò)程中出現(xiàn)微晶結(jié)構(gòu)變化而造成燒結(jié)的現(xiàn)象，催化劑的燒結(jié)會(huì)導(dǎo)致催化劑比表面積的喪失，從而使催化劑的脫硝活性下降。因此，必須嚴(yán)格控制催化劑的反應(yīng)溫度，尤其是在機(jī)組啟停階段，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)與燃用煤種。SCR 反應(yīng)塔的布置、SCR 入口的煙氣溫度、煙氣流速與NO濃度分布以及設(shè)計(jì)脫硝效率， 允許的氨逃逸量與催化劑使用壽命保證值等因素確定。

總而言之，燃煤電廠煙氣中排放的SO2和氮氧化物是造成酸雨和光化學(xué)煙霧的最主要的污染物。隨著我國(guó)“十三五”規(guī)劃中對(duì)大氣污染物減排目標(biāo)的提出，煙氣脫硫脫硝技術(shù)要求更高的效率和更低的能耗。這就要求我們?cè)谝院蟮膶?shí)際工作中必須對(duì)其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究探討。

[1]張大川，任登敏.燃煤電廠鍋爐脫硝問(wèn)題及改造探究[A].中國(guó)能源學(xué)會(huì).2015火力發(fā)電節(jié)能改造現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)技術(shù)交流會(huì)論文集[C].中國(guó)能源學(xué)會(huì)：，2015：4.

[2]張大川，任登敏.燃煤電廠鍋爐脫硝問(wèn)題及改造探究[J].江蘇科技信息，2015，26：68-69.

[3]鄧華立.135MW燃煤鍋爐中SCR脫硝研究[D].華南理工大學(xué)，2015.