脫硝技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

張應(yīng)虎，念吉紅

(云南云天化股份有限公司，云南昆明 650228)

脫硝技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

張應(yīng)虎，念吉紅

(云南云天化股份有限公司，云南昆明 650228)

燃煤鍋爐 煙氣 脫硝 選擇性非催化還原技術(shù)

云南云天化股份有限公司有2臺(tái)200 t/h燃煤鍋爐，均已配套建成除塵脫硫裝置。但隨著國(guó)家對(duì)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，鍋爐的脫硝工作顯得尤為重要。氮氧化物(NOx)是在燃燒工藝過(guò)程中由于氮的氧化而產(chǎn)生的氣體，它不僅刺激人的呼吸系統(tǒng)，損害動(dòng)植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應(yīng)、酸雨和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)之一 。世界各地對(duì)NOx的排放限制要求都趨于嚴(yán)格，而火電廠、垃圾焚燒廠和水泥廠等作為NOx氣體排放的最主要來(lái)源，其減排更是受到格外的重視。鍋爐煙氣中含有大量的氮氧化物，易對(duì)大氣環(huán)境造成污染，又會(huì)形成酸雨危害人類的健康。鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)就是將氨水作為還原劑噴入爐內(nèi)與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)，最終氮氧化物被還原生成無(wú)害的N2和H2O，隨煙氣進(jìn)入大氣[1]。

1 工藝流程

合成來(lái)的稀氨水與冷脫鹽水在稀氨水儲(chǔ)槽內(nèi)混合至一定的濃度，由氨水供應(yīng)泵加壓后，送到鍋爐氨水噴槍。氨水經(jīng)壓縮空氣霧化后進(jìn)入鍋爐與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，生成N2和水，從而達(dá)到脫硝的目的。

該系統(tǒng)選用氣力式壓縮空氣作為霧化介質(zhì)。氣力式霧化是通過(guò)具有一定動(dòng)能的高速氣體沖擊液體，從而達(dá)到一定霧化效果的方式。該系統(tǒng)由稀氨水水泵(一用一備)、流量調(diào)節(jié)、測(cè)量模塊，噴槍和氨水儲(chǔ)槽構(gòu)成。噴槍采用304不銹鋼材料制造，每支噴槍配有氣動(dòng)推進(jìn)器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)推進(jìn)和推出噴槍的動(dòng)作。氨水稀釋系統(tǒng)為間斷式工作狀態(tài)，每天運(yùn)行時(shí)間為2 h，運(yùn)行時(shí)間內(nèi)將每天所需稀氨水送至氨水緩沖罐儲(chǔ)存。

2 技術(shù)特點(diǎn)

選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)是將氨水等還原劑直接噴入爐膛，在850～1 150 ℃的高溫區(qū)域與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)，生成N2和H2O，基本不與煙氣中的O2作用[2]。其主要反應(yīng)如下[3]：

不同還原劑有不同的反應(yīng)溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。NH3的反應(yīng)最佳溫度區(qū)為 850～950 ℃。當(dāng)反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，氨易分解會(huì)使NOx還原率降低；另一方面，反應(yīng)溫度過(guò)低時(shí)，氨逃逸增加，也會(huì)使NOx還原率降低。NH3是高揮發(fā)性的有毒物質(zhì)，氨的逃逸會(huì)造成新的環(huán)境污染。

SNCR法不使用催化劑，采用爐膛噴射脫硝，氨還原NO在900～1 100 ℃這一狹窄溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。噴入的氨與煙氣良好混合是保證脫硝還原反應(yīng)充分進(jìn)行、使用最少量氨達(dá)到最好效果的重要條件[4]。SNCR技術(shù)具有脫硝率高、氨逃逸低等顯著特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)脫硝技術(shù)使用更多的是成熟的SCR技術(shù)。該技術(shù)也有著明顯的缺點(diǎn)，即投資巨大、運(yùn)行費(fèi)用高昂。此外，SCR技術(shù)需要的反應(yīng)溫度為300～450 ℃，反應(yīng)溫度較高時(shí)，催化劑會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)及(或)結(jié)晶現(xiàn)象；在反應(yīng)溫度較低時(shí)，催化劑的活性會(huì)因?yàn)榱蛩徜@在催化劑表面凝結(jié)堵塞催化劑的微孔而降低。

3 工藝指標(biāo)

脫硝裝置主要工藝指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 脫硝裝置主要工藝指標(biāo)

4 措施

1) 噴射器布置。鍋爐共布置 42 只噴槍, 分 3 層布置在爐膛燃燒區(qū)域上部和爐膛出口處。前墻和側(cè)墻噴槍分別布置在28.5,26.0,23.5 m標(biāo)高處, 后墻噴槍布置在27.3,25.4和23.5 m標(biāo)高處。鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí), 投運(yùn)上兩層噴槍, 低負(fù)荷運(yùn)行時(shí), 投運(yùn)下兩層噴槍。在SNCR脫硝系統(tǒng)投運(yùn)時(shí), 一般投運(yùn)一層或兩層噴槍即可, 其余停運(yùn)噴槍由控制系統(tǒng)退出爐膛, 以避免噴槍受熱損壞。

2) 爐前噴射設(shè)備。噴槍(含噴嘴) 采用不銹鋼制造, 包括噴槍本體、噴嘴座、霧化頭、噴嘴罩等四部分。噴槍本體上的尿素溶液進(jìn)口和霧化蒸汽進(jìn)口為螺紋連接, 通過(guò)兩根金屬軟管分別與尿素溶液管路、蒸汽管路連接。軟管后面的尿素溶液管路、蒸汽管路上就近各布置一個(gè)球閥。每只噴槍都配有電動(dòng)推進(jìn)器, 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)推進(jìn)和推出噴槍的動(dòng)作。推進(jìn)器的位置信號(hào)接到SNCR脫硝控制系統(tǒng)上, 與開(kāi)(停)霧化蒸汽和開(kāi)(停)尿素溶液的閥門動(dòng)作聯(lián)鎖, 實(shí)現(xiàn)整個(gè) SNCR 脫硝系統(tǒng)噴槍自動(dòng)運(yùn)行。

3)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)工藝指標(biāo)和安全生產(chǎn)管理規(guī)定，密切注視煙囪的變化。

SNCR 脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，放空煙氣中NOx質(zhì)量濃度實(shí)測(cè)值為197 mg/m3，取得了較好的環(huán)保效果。

5 結(jié)語(yǔ)

鍋爐煙氣脫硝裝置采用的稀氨水脫硝技術(shù)主要有以下優(yōu)勢(shì)：

1)利用稀氨水在高溫下與NOx發(fā)生反應(yīng)而達(dá)到脫硝的目的。

2)分公司自產(chǎn)有稀氨水。該技術(shù)運(yùn)行成本低和適用范圍廣，是一項(xiàng)具有應(yīng)用前景的脫硝技術(shù)。

3)該技術(shù)只需建立NH3發(fā)生裝置和計(jì)量噴射系統(tǒng)，對(duì)鍋爐的運(yùn)行影響很小。

4)該技術(shù)適用于燃煤鍋爐，能解決脫硝難度大、投資成本高、運(yùn)行費(fèi)用高等一系列問(wèn)題。

[1] 顧衛(wèi)榮，周明吉，馬薇. 燃煤煙氣脫硝技術(shù)的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2012，31(9): 2084-2086.

[2] 李強(qiáng)，陳偉. 中小型燃煤鍋爐脫硝方式探討[J].發(fā)電設(shè)備，2012,26(3): 210-212.

[3] 范文武，陳紅. 電站鍋爐煙氣脫硝技術(shù)探討與比較[J].云南電力技術(shù)，2009,37(3): 40-41.

[4] 陳彬，姚麗萍，胡深. 燃煤鍋爐降氮脫硝技術(shù)綜述[J].廣東化工，2012,39(3): 101-102.

2017-02-03。

張應(yīng)虎，男，云南云天化股份有限公司研發(fā)中心副總經(jīng)理、高級(jí)工程師，從事硫酸、磷肥及磷復(fù)肥技術(shù)研究和管理工作。電話：13708485808；E-mail：zhangyinghu@ic.yth.cn。

TQ111.16；X701

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1002-1507(2017)05-0034-02