低氮燃燒和SCR技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的聯(lián)合應(yīng)用

邢俊冬 吳杰

摘 ?要：在我國國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展推動(dòng)下，工業(yè)生產(chǎn)與城市化建設(shè)也取得了較快的發(fā)展，而隨之產(chǎn)生的環(huán)境污染與能源消耗問題也日益突出。有研究數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國工業(yè)生產(chǎn)中SO2的排放總量已接近2000萬t，NOX排放總量更是早已超出2000萬t，并且其排放量呈現(xiàn)不斷增長變化趨勢(shì)，按照當(dāng)前國內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)與污染排放發(fā)展趨勢(shì)，以NOX排放量為例，將很快突破3500萬t，所造成環(huán)境污染危害影響十分嚴(yán)重。針對(duì)這一情況，加強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)中鍋爐燃燒的煙氣污染排放治理，加大對(duì)SO2、NOX等污染氣體排放量的控制，具有十分積極的作用和意義。該文將對(duì)低氮燃燒、SCR技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的聯(lián)合應(yīng)用進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：低氮燃燒 ?SCR技術(shù) ?燃煤鍋爐 ?煙氣脫硝 ?聯(lián)合應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM621 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）05（a）-0066-02

1 ?NOX生成原理及控制技術(shù)分析

1.1 NOX的生成過程及主要類型分析

NOX作為導(dǎo)致空氣污染的重要物質(zhì)成分，對(duì)公眾健康存在著較大的危害影響。工業(yè)生產(chǎn)中鍋爐燃燒煙氣排放過程中NOX的生成，根據(jù)其燃燒運(yùn)行的具體工況不同，主要包含燃料燃燒與熱力作用、快速反應(yīng)等不同情況下生成的NOX。

其中，燃料燃燒形成的NOX，是由于燃料本身存在的氮化合物在燃燒過程中轉(zhuǎn)化形成的，一般情況下，燃料燃燒溫度達(dá)到600℃～800℃時(shí)就會(huì)導(dǎo)致其中的氮化合物轉(zhuǎn)化生成NOX，燃料氮是其生成的主要來源，并且NOX生成與分解變化會(huì)受到燃料特性以及結(jié)構(gòu)等因素影響，同時(shí)也會(huì)受到燃燒溫度等條件因素作用。

而熱力作用下生成的NOX是通過高溫作用對(duì)空氣中的氮進(jìn)行氧化后生成的，一般為1500℃以上高溫條件，NOX的這一生成變化原理受到阿累尼烏斯定律影響，并且其生成變化與溫度條件存在較大的關(guān)系，溫度越高其生成速度會(huì)呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律發(fā)生較為迅速的增加變化。

此外，快速反應(yīng)生成的NOX，是指在碳?xì)浠衔锶剂线^濃燃燒情況下導(dǎo)致的反應(yīng)區(qū)附近NOX快速反應(yīng)生成，這種情況下在實(shí)際中較為少見，所產(chǎn)生的影響也十分小，基本可以忽略。

1.2 NOX控制技術(shù)

根據(jù)上述對(duì)NOX的生成過程分析可以看出，要想實(shí)現(xiàn)NOX生成控制可以從燃料前、燃燒過程中以及燃燒后3個(gè)不同環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施對(duì)其生成進(jìn)行控制，從而減少NOX生成與排放造成的污染危害。

首先，在燃燒前進(jìn)行有效處理以減少NOX生成及污染危害中，其主要技術(shù)措施為脫氮處理，即在燃料燃燒前將其轉(zhuǎn)換成低氮燃料，以減少其燃燒過程中NOX的生成，進(jìn)而控制其污染排放和影響產(chǎn)生。值得注意的是，這種技術(shù)措施不僅較為復(fù)雜，且技術(shù)難度較高、成本大，導(dǎo)致在具體實(shí)踐中的研究應(yīng)用局限性突出。

其次，燃燒過程中的NOX生成脫氮處理技術(shù)，主要包含對(duì)燃燒過程中NOX的生成進(jìn)行控制和對(duì)已生成的采用還原處理進(jìn)行降低兩種方法。其中，在進(jìn)行燃燒過程中的氮氧化物生成控制中，根據(jù)其生成機(jī)制可以看出，需要通過對(duì)燃燒溫度的控制和降低反應(yīng)區(qū)氧濃度、降低燃料在高溫環(huán)境中的停留時(shí)間等方法實(shí)現(xiàn)，并且燃燒過程中NOX生成的控制技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)都是按照這一原理實(shí)施的。此外，對(duì)燃燒形成的NOX進(jìn)行還原處理，以降低其煙氣排放中含量，實(shí)際上也是燃燒后脫氮處理技術(shù)，即煙氣脫硝處理工藝，比較常見的煙氣脫硝處理技術(shù)方法包括選擇性催化還原法以及選擇性非催化還原法等，通過在燃燒排放煙氣中加入含氮還原劑，使其在一定溫度下與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行相互還原反應(yīng)，從而生成氮?dú)夂退?，以減少其危害影響。其中，SCR技術(shù)作為一種選擇性催化還原法在鍋爐燃燒煙氣脫硝工藝中就具有較為廣泛的應(yīng)用。

2 ?低氮燃燒、SCR技術(shù)在燃煤鍋爐脫硝處理中的聯(lián)合應(yīng)用

2.1 鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行狀況

以某燃煤鍋爐系統(tǒng)為例，共有5臺(tái)WGZ220/9.8-13型鍋爐設(shè)備，采用高壓自然循環(huán)燃燒工藝，均為單爐膛正四角布置煤粉噴燃器，通過切向燃燒對(duì)鍋爐系統(tǒng)燃燒運(yùn)行進(jìn)行支持。此外，該鍋爐系統(tǒng)中還運(yùn)用了集中下降管、Ⅱ型布置的固態(tài)排渣煤粉爐，爐膛設(shè)置在鍋爐的前部，是周圍膜式水冷壁，同時(shí)在鍋爐的爐頂以及水平煙道、轉(zhuǎn)向室部分均進(jìn)行頂棚包墻膜式過管壁設(shè)置，鍋爐尾部豎井煙道中還設(shè)置有兩級(jí)省煤器與空氣預(yù)熱器，采用鋼球磨、中間儲(chǔ)倉熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，鍋爐燃燒的除渣設(shè)備設(shè)置濕式水封除渣裝置。

上述鍋爐系統(tǒng)燃燒運(yùn)行中，1～3號(hào)鍋爐的爐膛截面為7600mm×7600mm，排煙溫度約為136℃，鍋爐燃燒運(yùn)行效率為92.3%;而4、5號(hào)鍋爐爐膛截面為7570mm×7570mm，排煙溫度約為141℃，鍋爐燃燒運(yùn)行效率為91.4%。5臺(tái)鍋爐燃燒運(yùn)行的額定蒸發(fā)量均為220T/H，過熱蒸汽壓力為9.81MPa，過熱蒸汽溫度為540℃。

2.2 技術(shù)改造

根據(jù)上述鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行狀況，在對(duì)其系統(tǒng)采用低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)中，要求進(jìn)行改造后的系統(tǒng)運(yùn)行脫硝效率高于40%，同時(shí)1～3號(hào)鍋爐燃燒運(yùn)行效率能夠達(dá)到91.21%以上，4、5號(hào)鍋爐燃燒運(yùn)行效率不低于91.08%，且鍋爐燃燒的飛灰增加值應(yīng)控制在1%以下，其汽溫、汽壓以及出力參數(shù)需要與改造前相一致，以對(duì)鍋爐正常運(yùn)行進(jìn)行保障。根據(jù)這一系統(tǒng)改造目標(biāo)要求，通過對(duì)上述燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)采用雙尺度燃燒技術(shù)對(duì)鍋爐爐內(nèi)燃燒的空間尺度與過程尺度進(jìn)行全面優(yōu)化改造，以滿足其低氮燃燒改造技術(shù)要求。具體改造范圍為鍋爐主燃燒器與燃盡風(fēng)結(jié)構(gòu)部分，對(duì)鍋爐主燃燒器采用縱向布置，從上到下依次設(shè)置為高位燃盡風(fēng)、上下層三次風(fēng)、上二次風(fēng)、上一次風(fēng)、中二次風(fēng)、下一次風(fēng)、下二次風(fēng)，其中，在上二次風(fēng)與中二次風(fēng)中加裝貼壁風(fēng);燃燒器橫向布置為水平斷面上通過一次風(fēng)射流在爐內(nèi)形成直徑為300mm的順時(shí)針切圓、二次風(fēng)射流在爐內(nèi)形成直徑為608mm的逆時(shí)針切圓，以避免鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)爐膛結(jié)渣情況，同時(shí)控制NOX的排放，達(dá)到低氮燃燒效果。

其次，采用SCR技術(shù)對(duì)上述鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行改造中，從催化劑成本分析，對(duì)催化劑的選擇使用及具體數(shù)量需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定。SCR工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成主要包括尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)以及尿素?zé)峤夥磻?yīng)器、氨噴射器、反應(yīng)器系統(tǒng)等。其中，尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)中包含尿素貯存與尿素溶液制備存儲(chǔ)系統(tǒng)、熱解反應(yīng)器系統(tǒng)、稀釋風(fēng)系統(tǒng)、尿素溶液過濾器、氨氣分配系統(tǒng)、蒸汽與冷凝系統(tǒng)等;尿素?zé)峤夥磻?yīng)器在整個(gè)鍋爐系統(tǒng)中共設(shè)置3臺(tái)，并且整個(gè)鍋爐系統(tǒng)中使用同一套尿素儲(chǔ)存與尿素溶液制備系統(tǒng)。該SCR系統(tǒng)裝置運(yùn)行中以二氧化鈦為基體的堿金屬作為催化劑，采用蜂窩式設(shè)計(jì)，表面積控制為500～1000m2/m3，以對(duì)SCR系統(tǒng)在脫硝處理中的催化還原反應(yīng)進(jìn)行支持。

2.3 效果分析

通過對(duì)燃煤鍋爐系統(tǒng)的技術(shù)改造設(shè)計(jì)，結(jié)合其實(shí)際運(yùn)行應(yīng)用效果來看，在低氮燃燒與SCR技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用下，其系統(tǒng)運(yùn)行中的脫硝處理效率達(dá)到了70%以上，并且濃度控制在150mg/Nm3以下，符合該鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的煙氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的技術(shù)效果。

3 ?結(jié)語

總之，對(duì)低氮燃燒、SCR技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的聯(lián)合應(yīng)用分析，有利于促進(jìn)其在鍋爐燃燒煙氣脫硝工藝實(shí)踐中推廣應(yīng)用，進(jìn)而減少鍋爐燃燒的煙氣排放污染影響，具有十分積極的作用和意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭麗穎，朱林，侯健，等.燃?xì)廨啓C(jī)NOx控制技術(shù)及催化劑應(yīng)用的現(xiàn)狀與展望[J].電力科技與環(huán)保，2019，35（1）：13-15.

[2] 范劍明，武新崗.煤粉爐低氮燃燒及煙氣脫硝改造設(shè)計(jì)典型示范[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2017，36（5）：59-61.