燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)的運行優(yōu)化分析

摘要：燃燒化石燃料對環(huán)境造成的危害是當(dāng)今世界性的嚴(yán)重問題。化石燃料在燃燒過程中要釋放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等有害化學(xué)物質(zhì)，這些有害物質(zhì)會直接或間接地危害人畜，導(dǎo)致機(jī)體癌變，產(chǎn)生酸雨，形成溫室效應(yīng)。對此，國家要求電力企業(yè)必須配備安裝脫硝裝置，用以降低對環(huán)境的破壞。文章對燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)的運行優(yōu)化進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；脫硝系統(tǒng)；運行優(yōu)化；化石燃料；電力企業(yè)；脫硝裝置 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：X773 文章編號：1009-2374（2016）16-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.043目前的動力供給主要由燃煤提供，但在提升能源供給的同時，燃煤過程中產(chǎn)生大量的氮氧化物，主要包含NO、N2O及NO2。如果不及時地對燃煤所產(chǎn)生的氮氧化物采取有效的控制，會對我們的生活帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。為了能夠消除這種現(xiàn)狀，必須采取更經(jīng)濟(jì)、更準(zhǔn)確化的脫硝系統(tǒng)來降低在燃煤過程中產(chǎn)生的氮氧化物，因而優(yōu)質(zhì)的脫銷系統(tǒng)具有一定的研究價值。

1 現(xiàn)階段我國燃煤的脫硝狀況

我國與發(fā)達(dá)國家比較，無論在燃煤技術(shù)應(yīng)用方面，還是在脫硝技術(shù)應(yīng)用方面，均存在一定的差距。從我國在脫硝工藝方面來看，我國絕大部分燃煤機(jī)組采用選擇催化劑的脫硝工藝方法，因為選擇催化劑的脫硝方法實現(xiàn)起來結(jié)構(gòu)簡單，脫硝率高，且在脫硝過程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物，這種工藝在國際上應(yīng)用也較為廣泛。從脫硝技術(shù)和設(shè)備來看，我國大部分燃煤企業(yè)以引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)為主，個別企業(yè)在引進(jìn)的同時進(jìn)行消化、吸收和創(chuàng)新，還開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的選擇催化劑的脫硝方法的關(guān)鍵技術(shù)。

2 建設(shè)脫硝產(chǎn)業(yè)中存在的主要問題

2.1 脫硝技術(shù)掌握技術(shù)不足

雖然我國在燃煤脫硝產(chǎn)業(yè)中進(jìn)步明顯但其核心技術(shù)也較難突破，在脫硝技術(shù)和設(shè)備來看仍以進(jìn)口為主，沒有形成一套自主的、完整的脫硝技術(shù)解決方案。

2.2 催化劑來實現(xiàn)國產(chǎn)化

脫硝技術(shù)的核心技術(shù)就是脫硝催化劑，但就目前我國的脫硝技術(shù)而言，脫硝催化劑還需向國外進(jìn)口，沒有形成自主的產(chǎn)業(yè)鏈，因而造成我國燃煤電力的成本較高。燃煤企業(yè)在使用脫硝催化劑時，脫硝催化劑的選擇和設(shè)計等方面都是由脫硝催化劑廠家提供，增大了承包方和使用方的協(xié)調(diào)難度，并有可能帶來質(zhì)量風(fēng)險。流場設(shè)計對于脫硝系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)可靠性運行中起著關(guān)鍵作用，同時在整個燃煤設(shè)備正常運行中也起著舉足輕重的作用。如果催化劑廠家在流場設(shè)計上設(shè)計不合理會使催化劑表面的氣流、溫度和氨濃度分布達(dá)不到使用要求，不僅影響脫硝效果，而且會出現(xiàn)催化劑積灰、堵塞等問題，影響正常生產(chǎn)。

2.3 脫硝催化劑行業(yè)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管

因為我國各個燃煤企業(yè)所采用的脫銷系統(tǒng)各不相同，相關(guān)部門在制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時也沒有統(tǒng)一的體系進(jìn)行參考，造成在脫硝產(chǎn)業(yè)上缺乏系統(tǒng)的考慮，影響脫硝產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。催化劑的廠家都是按照國外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行翻譯來的標(biāo)準(zhǔn)作為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來對產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品檢測。因為催化劑產(chǎn)品之間差別很大，甚至對于在同一檢測指標(biāo)的定義都存在著差別，使催化劑的使用方無法真正地從質(zhì)量上和優(yōu)選催化劑進(jìn)行判斷，這是催化劑行業(yè)急待解決的問題。

3 降低燃煤排放的主要方法燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)的運行優(yōu)化分析

劉二明

（河南中源化學(xué)股份有限公司，河南 南陽 474775）

摘要：燃燒化石燃料對環(huán)境造成的危害是當(dāng)今世界性的嚴(yán)重問題?；剂显谌紵^程中要釋放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等有害化學(xué)物質(zhì)，這些有害物質(zhì)會直接或間接地危害人畜，導(dǎo)致機(jī)體癌變，產(chǎn)生酸雨，形成溫室效應(yīng)。對此，國家要求電力企業(yè)必須配備安裝脫硝裝置，用以降低對環(huán)境的破壞。文章對燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)的運行優(yōu)化進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；脫硝系統(tǒng)；運行優(yōu)化；化石燃料；電力企業(yè)；脫硝裝置 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：X773 文章編號：1009-2374（2016）16-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.043

氮氧化物是化學(xué)燃料在燃燒過程中產(chǎn)生的由氮氧化而成的物質(zhì)，它不僅對人的呼吸系統(tǒng)造成傷害，還損害動植物，破壞臭氧層。當(dāng)一氧化氮進(jìn)入大氣后與氧氣化合，生成二氧化氮，繼而二氧化氮變?yōu)橄跛岣?，硝酸根遇雨被沖刷降落地面形成酸雨，氮氧化物是引起酸雨的主要物質(zhì)之一，同時氮氧化物也是形成溫室效應(yīng)和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)之一。而火電廠、垃圾焚燒廠和水泥廠等都是氮氧化物產(chǎn)生和排放的主要場所，所以燃煤企業(yè)的減排受到格外的重視。目前全世界降低燃煤排放有效的主要方法大致可分為以下四種：

3.1 低氮燃燒技術(shù)

即在燃燒過程中控制氮氧化物的生成。低氮燃燒技術(shù)主要適用于大型燃煤鍋爐等方面；低氮燃燒技術(shù)只能降低氮氧化物排放值的30%～50%，要進(jìn)一步降低它的排放，必須采用煙氣脫硝技術(shù)。

3.2 選擇性催化還原技術(shù)

即主要用于大型燃煤鍋爐，它是目前我國煙氣脫硝技術(shù)中應(yīng)用最多的。

3.3 選擇性非催化還原技術(shù)

主要用于垃圾焚燒廠等中、小型鍋爐，技術(shù)成熟，但其缺點是效率低于選擇催化脫硝技術(shù)，優(yōu)點是投資小、建設(shè)周期短。

3.4 選擇性催化還原技術(shù)和選擇性非催化還原技術(shù)相結(jié)合

主要在大型燃煤鍋爐低氮氧化物的排放和場地受限的情況下使用，也比較適合于舊鍋爐改造項目。

4 脫硝系統(tǒng)的工藝原理

目前國際上普遍使用選擇性非催化還原脫硝和選擇催化劑脫銷的方法。

4.1 脫硝技術(shù)主要采用選擇催化劑的脫硝方法

主要發(fā)生在催化劑、氨和煙氣在催化的作用下發(fā)生的反應(yīng)?；旌蠚怏w在催化劑的作用下與煙氣混合進(jìn)入脫硝反應(yīng)器。脫硝反應(yīng)主要在310℃～410℃的范圍內(nèi)進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)器超出此范圍控制系統(tǒng)會自動報警并且停止氨的供給，而脫硝反應(yīng)的產(chǎn)物水和氮煙霧會進(jìn)入空氣預(yù)熱器中。氨作還原劑將氮氧化物催化還原為N2，煙氣中的氧氣很少與氨氣反應(yīng)故放出熱量小，煙氣脫硝技術(shù)的脫銷效率可達(dá)到90%以上，它是最成熟也是最可靠的一種脫硝技術(shù)。

4.2 選擇性非催化還原脫硝工藝

選擇性非催化還原脫硝工藝是將含有氮氧化物基的還原劑（如氨氣、氨水或者尿素等）噴入溫度為850℃～1150℃的爐膛區(qū)域，氨氣、氨水和尿素等還原劑通過安裝在屏式過熱器區(qū)域的噴槍噴入，氨氣、氨水和尿素等還原劑迅速熱分解成氨氣和其他副產(chǎn)物，隨后氨氣與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行選擇性非催化還原脫硝反應(yīng)而生成氮氣和水。選擇性非催化還原法在高溫和沒有催化劑的情況下，因為通過煙道氣流中產(chǎn)生的氨氣與煙氣中的氮氧化物參與反應(yīng)，放熱量大，效率僅為30%～50%。選擇性非催化還原脫硝的典型工藝流程為：氮氧化物經(jīng)由還原劑、鍋爐/窯爐（反應(yīng)器）、除塵脫硫裝置、引風(fēng)機(jī)、煙囪完成分解。非催化還原脫硝還原劑以氨水（尿素溶液）為主，20%氨水溶液（或尿素需增加制備模塊制成尿素溶液）經(jīng)輸送化工泵送至靜態(tài)混合器，與稀釋水模塊送過來的軟化水進(jìn)行定量的混合配比，通過計量分配裝置精確分配到每個噴槍，然后經(jīng)過噴槍噴入爐膛，實現(xiàn)脫硝反應(yīng)。

5 脫硝系統(tǒng)工藝技術(shù)的優(yōu)化方案

5.1 選擇催化劑脫硝的運行情況分析及優(yōu)化方案

選擇性選擇催化劑的還原方法效率高、運行可靠，在國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛。然而，目前大型燃煤機(jī)普遍存在噴氨不準(zhǔn)確、在選擇性選擇催化劑的反應(yīng)器里分布不均勻、催化劑層入口處氣體混合狀況不佳等原因，造成噴氨過量且造成大量氨氣逃逸的問題。氨氣泄漏不僅給工廠帶來經(jīng)濟(jì)損失，還會出現(xiàn)使催化劑老化等問題。針對此類問題國內(nèi)在選擇催化劑脫硝方面主要采用固定摩爾比方法，即：（1）利用進(jìn)口煙氣的流量和鍋爐的負(fù)荷信號作為噴氨的信號源，再利用模糊控制規(guī)則進(jìn)行范圍預(yù)測，用以獲得噴氨控制系統(tǒng)的反饋控制信號；（2）采用多點區(qū)域測量方法對出口處煙氣氮的氧化物進(jìn)行濃度檢測并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這種方法主要采用在出口處固定氮的氧化物的含量的控制方式，同時控制氨氣的用量，減少逃逸氨氣的排放，從而進(jìn)一步提高脫硝效果，并且可以控制運行成品。但這種方法需要對多個變量進(jìn)行檢測，邏輯控制比較復(fù)雜。

5.2 選擇性非催化還原脫硝的運行情況分析及優(yōu)化方案

（1）因為選擇性非催化劑還原脫硝對反應(yīng)溫度區(qū)間的要求較高，溫度較低或較高均易造成氨的泄漏。解決方法一：選擇適合的還原劑，因為氨水的脫硝反應(yīng)比尿素的低50℃～100℃，在低溫區(qū)對于脫氨具有較好的效果；解決方法二：選擇合理的噴氨位置。較長的氨停留時間和較好的混合效果均有利于解決氨泄漏的問題；解決方法三：適當(dāng)添加增加劑可拓寬反應(yīng)溫度的窗口，使選擇性非催化還原脫硝的效果顯著增加。（2）脫硝效率低。造成選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)效率偏低的原因及解決方法如下：還原劑分布不均勻，解決措施：重新調(diào)整噴槍及各閥門的開度，方便還原劑與煙氣中的氮氧化物混合均勻，檢查還原劑管道及閥門是否堵塞，檢查鍋爐的燃燒系統(tǒng)是否正常。（3）氨泄漏與SO3低溫反應(yīng)，導(dǎo)致空預(yù)器換熱面堵塞或玷污。在空預(yù)器受熱元件的中溫段和低溫段，泄漏的氨氣與煙氣中的SO3發(fā)生氧化反應(yīng)形成硫酸氫氨。硫酸氫氨是一種腐蝕性強、具有黏稠性的固體，而且附著在受熱元件的表面，其易吸附灰塵堵塞空預(yù)器，增加系統(tǒng)阻力，危害設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。解決方法：選用搪瓷渡層換熱元件，可降低硫酸氫氨在空預(yù)器換熱元件上的形成速度。

6 結(jié)語

由于我國的空氣污染已經(jīng)引起國家和人民的重視，脫硝技術(shù)作為燃煤企業(yè)減少廢氣排放的重要技術(shù)，控制理論的脫硝控制系統(tǒng)的優(yōu)化對燃煤企業(yè)起著關(guān)鍵性的作用。目前燃煤企業(yè)對脫硝控制和策略還存在很大的問題，但隨著脫硝控制系統(tǒng)策略的不斷優(yōu)化，終有一天能夠解決脫硝控制系統(tǒng)的諸多問題，從而使脫硝效率得到進(jìn)一步的提升，進(jìn)而促進(jìn)我國燃煤企業(yè)的高效發(fā)展。以上分析了脫硝技術(shù)的工藝及影響因素以及優(yōu)化設(shè)計，介紹了使用選擇性非催化還原脫硝和選擇催化劑脫銷的方法，以期為燃煤企業(yè)及環(huán)境治理提供借鑒。

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