簡(jiǎn)析層燃鍋爐中脫硝技術(shù)的組合應(yīng)用

＊夏德亮（渤海造船廠集團(tuán)有限公司動(dòng)能保障部 遼寧 125004）

簡(jiǎn)析層燃鍋爐中脫硝技術(shù)的組合應(yīng)用

＊夏德亮（渤海造船廠集團(tuán)有限公司動(dòng)能保障部 遼寧 125004）

分析現(xiàn)階段所采用的幾種脫硝技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀況分析幾種脫硝技術(shù)在應(yīng)用中存在的局限性，通過(guò)對(duì)在用鏈條鍋爐實(shí)際運(yùn)行狀況，提出合理、經(jīng)濟(jì)的脫硝技術(shù)，使得在保正鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)煙氣排放達(dá)標(biāo)的最終工作目標(biāo)。

脫硝；層燃爐；低氮燃燒；氮氧化物；臭氧脫硝

隨著科技不斷發(fā)展，人們自我環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，國(guó)家相關(guān)部門本著以人為本的工作理念，嚴(yán)格貫徹落實(shí)《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》、《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》、《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)工作意見》等法律法規(guī)，陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)這一標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，相應(yīng)的鍋爐脫硫、除塵設(shè)備的改造工作全面啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)脫硫、除塵技術(shù)的大力推廣使用，脫硫、除塵技術(shù)已經(jīng)完全成熟的在實(shí)際中得到應(yīng)用，使得大氣污染物中顆粒物排放、二氧化硫排放完全能夠達(dá)到現(xiàn)行國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，非層燃爐的氮氧化物處理技術(shù)SNCR法及SCR法也得到廣泛應(yīng)用并取得較好的成效，但對(duì)層燃爐的脫硝技術(shù)改造仍處于技術(shù)攻堅(jiān)階段，雖然有在煙道尾部增加臭氧脫硝的技術(shù)能夠去除煙氣中的氮氧化物，但在實(shí)際運(yùn)行中，僅僅采用臭氧脫硝技術(shù)來(lái)去除煙氣中的氮氧化物，運(yùn)行成本極高，這是所有用戶所不能承受的運(yùn)行模式。

層燃爐脫硝不同于其他爐型脫硝，層燃爐因其固有的鍋爐結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)管系、燃燒系統(tǒng)錯(cuò)中復(fù)雜，如果盲目的在層燃爐型中使用SNCR法和SCR法脫硝，只能造成鍋爐管系迅速腐蝕而處于癱瘓狀態(tài)，而臭氧脫硝方法又存在極高的運(yùn)行成本問(wèn)題，那么如何來(lái)實(shí)現(xiàn)層燃料脫硝目標(biāo)呢？我們要從其產(chǎn)生的原理進(jìn)行分析，從中找到處理問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，有針對(duì)性的采取技術(shù)措施，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的脫硝目標(biāo)。

1.NOX的產(chǎn)生原理

一般燃煤設(shè)備燃燒過(guò)程中生成的氮氧化物包括NO、NO2、N2O等，其中NO占90%以上，NO2占5%～10%，N2O只占1%左右，因此燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOX主要是指NO和NO2。在含氮物質(zhì)的氧化和還原反應(yīng)過(guò)程中，按照NOX生成的主要途徑和來(lái)源可以分為熱力型NOX、快速型NOX和燃料型NOX。

(1)熱力型NOX主要是指在燃燒過(guò)程中參與燃燒的空氣中的氮?dú)獗谎趸蒒OX，其中的過(guò)程是一個(gè)不分支連鎖反應(yīng)。熱力型NOX的生成機(jī)理是前蘇聯(lián)科學(xué)家捷里多維奇于1946年提出的，總反應(yīng)如下：

N2+O2→NO

NO+O2→NO2

在這一反應(yīng)中，只有當(dāng)溫度達(dá)到1500℃時(shí)NOX生成才變得明顯，能占到NOX生成總量的20%以上，而且溫度每升高100℃時(shí)，反應(yīng)速率增大6～7倍，因此熱力型NOX的控制原理就是降低高溫火焰區(qū)的氧的濃度、降低燃燒溫度以及縮短在高溫區(qū)的停留時(shí)間，在工程實(shí)踐中體現(xiàn)為用低氮燃燒器、濃氮燃燒、水蒸汽噴射以及高溫空氣燃燒等措施控制NOX的生成。

(2)快速型NOX的生成，F(xiàn)enimove根據(jù)碳?xì)淙剂项A(yù)混火焰軸向NO分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指出碳?xì)渥杂苫–hi）在燃燒過(guò)程中撞擊空氣中N2分子生成HCN、NH、CN和N等中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物再進(jìn)一步氧化生成NOX稱為快速型NOX?？焖傩蚇OX中的氮雖然也來(lái)自空氣中的氮?dú)?，但同熱力型NOX生成機(jī)理卻不同，快速型NOX的生成對(duì)溫度依賴性很低，然而過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)快速NOX影響較大，燃燒中快速型NOX的生成量很少，一般不作為NOX控制的主要考慮對(duì)象。

(3)燃料型NOX是指燃料中的氮化合物，在燃燒過(guò)程中熱分解后又氧化的NOX。由于N—H鍵和N—C鍵遠(yuǎn)比N≡N鍵要小得多，燃料型NOX的生成要比熱力型NOX生成容易得多，生成NOX約占總量的60%～80%。

煤中的燃料氮，一部分在高溫下轉(zhuǎn)化成揮發(fā)份氮，另一部分留在焦炭中成為焦炭氮。揮發(fā)份氮和焦炭氮在一定條件下又生成NO2，燃料氮轉(zhuǎn)化成揮發(fā)份氮的比例、揮發(fā)份氮以及焦炭氮轉(zhuǎn)化生成NO的比例和燃燒溫度、過(guò)量空氣系數(shù)、空氣與燃料的混合情況等燃燒條件等特性有關(guān)。

2.NOX濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算方法

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，鍋爐煙氣監(jiān)測(cè)最終數(shù)據(jù)是一個(gè)經(jīng)過(guò)折算后的數(shù)據(jù)，并不是鍋爐運(yùn)行中產(chǎn)生的實(shí)際數(shù)值，折算公式如下：

ρ=ρ′×（21－ΦO2）／（21－Φ′O2）

式中：

ρ— 大氣污染物基準(zhǔn)含氧量排放濃度，mg／m3；

ρ′— 實(shí)測(cè)的大氣污染物排放濃度，mg／m3；

ΦO2— 實(shí)測(cè)的氧含量；

Φ′O2— 基準(zhǔn)氧含量。

3.產(chǎn)生機(jī)理分析及測(cè)算數(shù)據(jù)分析

(1)從NOX產(chǎn)生機(jī)理不難分析出，我們主要控制的是燃料型NOX，輔助控制熱力型NOX，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)過(guò)程的控制，實(shí)現(xiàn)從根本上控制減少NOX的目的，從而降低脫硝成本的目標(biāo)。但從實(shí)際生產(chǎn)中表明我們可以通過(guò)合理的科學(xué)技術(shù)控制NOX生成量，使其減少NOX生成總量的20%～30%。

(2)從NOX濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算公式分析，可以得出：大氣污染物基準(zhǔn)含氧量排放濃度與實(shí)際污染物排放濃度和實(shí)測(cè)的氧含量?jī)蓚€(gè)參數(shù)有關(guān)，煙氣中實(shí)際含氧量變化范圍為0%～21%之間，它的大小直接決定著最終考核的排放濃度值的大小，在實(shí)際生產(chǎn)中煙氣中必然有一定的氧含量，如科學(xué)控制可控制在11%左右，這樣就可以無(wú)限接近燃煤鍋爐基準(zhǔn)氧含量（Φ′O2）9%，使得大氣污染物基準(zhǔn)含氧量排放濃度與實(shí)測(cè)的大氣污染物排放濃度無(wú)限接近。

4.層燃爐脫硝方案的確定

從上述分析研究表明，最終煙氣排放中NOX濃度與煤的燃燒過(guò)程控制、燃燒過(guò)程中氧含量大小控制以及尾部煙氣中NOX處理情況相關(guān)。根據(jù)對(duì)鏈條爐的普查情況，鏈條爐尾部煙氣中NOX濃度在未采取任何措施前濃度為350～450 mg／m3；尾部煙氣氧含量為13%～15%。

(1)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)、國(guó)際上使用的脫硝技術(shù)

①SNCR法脫硝

SNCR法脫硝，是在鍋爐本體上選擇加藥點(diǎn)，利用新安裝的藥劑（氨水或尿素溶液）輸送泵通過(guò)噴槍噴射到爐膛溫度在850℃～1200℃燃燒區(qū)的位置，使噴射藥劑在該溫度下與煙氣中的N0X等氧化物進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到脫硝的目的。缺點(diǎn)是：如果溫度達(dá)不到反應(yīng)要求，脫硝率將急劇下降或者為零；在使用中，會(huì)有氨逃逸問(wèn)題及噴射點(diǎn)藥劑對(duì)鍋爐管系的腐蝕而造成的管系爆管及尾部省煤器、空氣預(yù)熱器的腐蝕問(wèn)題；脫硝效率50%～70%，根據(jù)加藥量改變。

②SCR法脫硝

SCR法脫硝，是在鍋爐內(nèi)反映環(huán)境溫度不能達(dá)到SNCR法所需溫度時(shí)，采取的更高一級(jí)的脫硝方法，此種方法是利用催化劑來(lái)降低藥劑溶液與煙氣中氮氧化物反應(yīng)溫度（反映溫度為300℃左右），在省煤器到除塵器進(jìn)口間選擇合適的位置增加反應(yīng)裝置，從而達(dá)到脫硝目的。

缺點(diǎn)是投資費(fèi)用較高，SCR法脫硝投資費(fèi)用是SNCR法脫硝的3～5倍；新增加的反映場(chǎng)是在省煤器和除塵器之間，占地空間大，從設(shè)備安裝位置及空間上限制了改中方法的實(shí)施使用，同時(shí)煙氣阻力增加較大；脫硝效率能達(dá)到50%～70%左右，根據(jù)加藥量改變。

③臭氧脫硝

臭氧脫硝，是在除塵器后、脫硫塔前的煙道上，選擇適合點(diǎn)向煙氣中注入臭氧，使煙氣中的氮氧化物進(jìn)一步氧化成為可吸收的N2O5，使煙氣在進(jìn)入脫硫塔中進(jìn)行脫硫的同時(shí)達(dá)到脫硝的目的，脫硫、脫硝所使用的藥劑溶液相同，僅增加藥劑投入量即可同時(shí)完成脫硫、脫硝。

此種方法脫硝，需要增加臭氧制備等系統(tǒng)裝置，需要新建廠房及配電間；此種方法脫硝，初期建設(shè)費(fèi)用較高，設(shè)備投用后，氮氧化物排放值雖然可降到無(wú)限最小，但運(yùn)行費(fèi)用是與處理煙氣中的NOX成正比關(guān)系，而且費(fèi)用很高,如不計(jì)運(yùn)行成本，脫硝效率可達(dá)100%。

④低氮燃燒技術(shù)

此種方法是依據(jù)爐型及燃用煤種，通過(guò)調(diào)整進(jìn)入爐膛一次風(fēng)量中配以二次煙氣及尾部煙道中回收的炭晶顆粒，迫使鍋爐燃燒過(guò)程中N元素的遷移技術(shù)，通過(guò)合理調(diào)配進(jìn)入爐膛的風(fēng)、煙氣、炭晶顆粒來(lái)提高鍋爐運(yùn)行效率的同時(shí)降低氮氧化物的生成，從而實(shí)現(xiàn)煙氣氮氧化物控制的目地。

低氮燃燒技術(shù)只能降低煙氣中NOX含量的20%～35%，單獨(dú)使用此中方法脫硝是實(shí)現(xiàn)不了煙氣排放控制的指標(biāo)；優(yōu)點(diǎn)是此種脫硝方法初期建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用低；SNCR法脫硝、SCR法脫硝及臭氧脫硝在投入使用后，都會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行效率有不同程度的降低，而低氮燃燒技術(shù)投入使用后會(huì)提高鍋爐燃燒效率。

(2)結(jié)論

SNCR法、SCR法及臭氧法脫硝投入使用后運(yùn)行成本都比較高，而低氮燃燒技術(shù)雖然運(yùn)行費(fèi)用很低，但效率低達(dá)不到使用要求。

綜上所述分析，在層燃爐尤其是在鏈條爐中SNCR法脫硝及SCR法脫硝技術(shù)很難解決脫硝藥劑對(duì)鍋爐管系快速腐蝕的問(wèn)題，雖然投用后能有一定的脫硝效果，但以大幅減低鍋爐使用率為代價(jià)，此兩種方法目前在技術(shù)上并不適合層燃爐脫硝；臭氧脫硝方法雖然單獨(dú)使用初期建設(shè)費(fèi)用和后期運(yùn)行費(fèi)用較高，但這種方法對(duì)鍋爐管系及附屬設(shè)備設(shè)施沒(méi)有大的影響，也不會(huì)對(duì)鍋爐管系造成腐蝕；低氮燃燒技術(shù)雖然效率低下，但它卻是從根源上降低了NOX的產(chǎn)生，同時(shí)低氮燃燒技術(shù)能夠提高鍋爐熱效率。

所以層燃爐脫硝方案應(yīng)該確定為：鍋爐密封改造+低氮燃燒技術(shù)+臭氧脫硝技術(shù)的三種方案共同使用。

夏德亮（1978～），男，渤海造船廠集團(tuán)有限公司動(dòng)能保障部，研究方向：機(jī)械設(shè)備維護(hù)，鍋爐煙氣治理等。

(責(zé)任編輯李燕）

Analysis of the Combined Application of Denitration Technoloy of Layer-burning Boiler

Xia Deliang
（Kinetic Energy Security of Bohai Shipyard Group co., LTD, Liaoning, 125004）

Analyze the several kinds of denitration technologies adopted at present stage and analyze the existing limitations of the application of several kinds of denitration technologies in application according to actual operation situation. According to the practical operation situation of chain-grate boiler, put forward the reasonable and economic denitration technology so that to achieve the finally working goal of reaching the standard of flue gas emission on the basis of guaranteeing the safe and economic operation.

denitration；layer-burning boiler；low-nitrogen combustion；nitric oxide；ozone denitration

T

A