循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)的研究

徐梓洋(盤錦遼河富騰熱電有限公司，遼寧 盤錦 124000)

0 引言

循環(huán)流化床(SNCR)鍋爐是新視域下的新興產(chǎn)物，它本身包含的超低排放技術(shù)，使得工業(yè)煙氣排放大幅度降低，較好的符合了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，也正因如此，使得循環(huán)流化床(SNCR)鍋爐得到廣泛應(yīng)用、頻繁應(yīng)用，已經(jīng)積累了較大規(guī)模的受眾人群，獲得了廣泛好評(píng)與歡迎，也由此奠定了本文研究的意義和價(jià)值。

1 循環(huán)硫化床鍋爐超低排放技術(shù)概述

1.1 循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)的地位

循環(huán)流化床鍋爐排放燃燒技術(shù)應(yīng)用較早，可追溯到20世紀(jì)70年代末，是一種較早期的清潔煤燃燒技術(shù)，而它的結(jié)構(gòu)中，主要包含燃燒室、分離器及返料器組，在相互作用下，即可產(chǎn)生循環(huán)及化學(xué)反應(yīng)。這種燃燒技術(shù)雖在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)支持與支撐我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但是煙氣排放量的龐大、對(duì)環(huán)境的持續(xù)污染，致使當(dāng)下不由得采取別樣辦法，以此來(lái)降低煙塵排放、重金屬排放，也由此引申出了超低排放技術(shù)。超低排放技術(shù)在國(guó)家政策的支持下、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求下得到廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的人認(rèn)可了該種技術(shù)，使得這種技術(shù)在一些大型火電廠中的應(yīng)用比重越來(lái)越凸顯，已經(jīng)獲得了足夠的青睞和歡迎。在環(huán)境保護(hù)日益嚴(yán)峻與緊迫背景下，循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)在潔凈煤領(lǐng)域的地位不斷提升，再加上其脫硫成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，使得該種技術(shù)目前仍舊在流傳使用，但是對(duì)其使用的方式、方法需科學(xué)化、規(guī)范化。

1.2 循環(huán)流化鍋爐選擇SNCR脫硝技術(shù)的可行性

就目前而言，循環(huán)流化鍋爐選擇SNCR脫硝技術(shù)，可基本滿足國(guó)家排放氮氧化物標(biāo)準(zhǔn)，SNCR脫硝技術(shù)在氮氧化物脫除率可高達(dá)70%～80%，可謂成效顯著，不僅可以滿足工業(yè)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，還可降低使用成本、提高使用效率，作為一種既實(shí)用、又經(jīng)濟(jì)的技術(shù)存在和推廣。

循環(huán)流化床鍋爐具備有效的還原劑噴入點(diǎn)和旋風(fēng)分離器，分離器對(duì)于煙氣的擾動(dòng)是強(qiáng)大的，因此，容易實(shí)現(xiàn)煙氣與噴入式還原劑的充分融合，再加之分離器中氣體流動(dòng)路徑較長(zhǎng)緣故，可讓化學(xué)反應(yīng)時(shí)間加長(zhǎng)。與此同時(shí)，SNCR反應(yīng)溫度窗口和爐膛煙氣出口溫度范圍較為統(tǒng)一，所以，不會(huì)造成NH3氧化問(wèn)題。這些又是與優(yōu)點(diǎn)，都可確保循環(huán)流化鍋爐SNCR脫硝技術(shù)的脫硝成效保持在50%～70%之間。采用SNCR技術(shù)時(shí)，還需結(jié)合實(shí)際問(wèn)題具體分析，根據(jù)不同的燃料，去明確氮氧化物的排放量，一般控制在50～150ppm即可。

2 SNCR脫硝技術(shù)工藝原理及技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

SNCR脫硝技術(shù)，即是在無(wú)催化劑的作用下，向溫度區(qū)域?yàn)?50～1250℃的爐膛中噴入氨基還原劑，可實(shí)現(xiàn)氨基還原劑與煙氣的充分融合、均勻融合，在化學(xué)作用下可生成N2，雖然爐膛中也會(huì)充斥氧氣，但是噴入還原劑會(huì)選擇性的、精準(zhǔn)性的與氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，可不受氧氣影響，可避免被氧化，減少氧氣的干擾，也可確保反應(yīng)的有效。一般而言，還原劑會(huì)采用氨、氨水或尿素。

當(dāng)然，采用SNCR脫硝技術(shù)尤其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和技術(shù)有點(diǎn)，可分三方面進(jìn)行闡述：

首先，對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐而言，SNCR脫硝技術(shù)理論研究較為豐富，已經(jīng)積累了較多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐成果，不失為一種成熟技術(shù)，可投入商業(yè)運(yùn)行，可取的不錯(cuò)的收益。也主要依托于該種技術(shù)的脫銷效率，一般都可達(dá)到60%及以上的脫銷效率。值得一提的是，循環(huán)流化床鍋爐獨(dú)特的低溫和分級(jí)燃燒方式，再搭配SNCR脫硝技術(shù)可充分滿足氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而滿足生產(chǎn)與使用要求，可謂一舉兩得；

其次，SNCR脫硝技術(shù)的使用，無(wú)須對(duì)鍋爐進(jìn)行過(guò)多改動(dòng)和調(diào)整，也無(wú)須調(diào)整參數(shù)和常規(guī)運(yùn)行方式，可簡(jiǎn)化使用方式，這對(duì)于鍋爐的使用效率不會(huì)造成太多干擾。因?yàn)镾NCR脫硝技術(shù)中化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生主要依托高溫，所以無(wú)需高昂催化劑的輔助，這對(duì)于相關(guān)企業(yè)而言，可節(jié)省一大筆開(kāi)銷，利于企業(yè)積蓄實(shí)力；

最后，SNCR脫硝技術(shù)的使用需要還原劑噴射系統(tǒng)和控制系統(tǒng)發(fā)力，與鍋爐銜接的部分也是還原噴射系統(tǒng)，所以安裝不會(huì)太費(fèi)力，只需三天左右的時(shí)間即可完成操作。

3 SNCR脫硝技術(shù)特點(diǎn)及反應(yīng)機(jī)理

SNCR脫硝技術(shù)自身是具備多重特點(diǎn)的，如顯著的占地少、技術(shù)成熟、投資少、節(jié)省開(kāi)支、操作簡(jiǎn)單等外在特點(diǎn)。就技術(shù)而言，可擺脫對(duì)高昂的催化劑的強(qiáng)烈需求，也不存在二氧化硫、三氧化硫轉(zhuǎn)化率問(wèn)題，也可不受煙氣阻力干擾，還可避免二次污染。此外，還可盡可能的減少施工周期、減少用工人數(shù)、避免較多次數(shù)的設(shè)備故障，這樣來(lái)看，維修成本也可緊緊掌控在一定范疇內(nèi)。即使脫硝設(shè)備發(fā)生或大或小的故障，也不會(huì)影響發(fā)電機(jī)與鍋爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于鍋爐機(jī)組的影響將會(huì)降到最低，可適用于電廠老機(jī)組改造，是一種經(jīng)濟(jì)、有效的處理方法。

以上論述中，我們不難看出SNCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用原理，而反應(yīng)機(jī)理與應(yīng)用原理相通，可用反應(yīng)公式表達(dá)和體現(xiàn)：

以NH3為還原劑的反應(yīng)式為：

以尿素為還原劑的反應(yīng)式為：

由于循環(huán)流化床鍋爐中擁有濃度稍高的一氧化二氮，其在脫除機(jī)理中，自然受到重視，按照機(jī)理來(lái)說(shuō)，可劃分為兩種：N2O熱解和N2O還原于N2。在循環(huán)灰存在狀況下，催化機(jī)理分析中，仍可看到NH3被循環(huán)灰表面活性吸附。

4 溫度對(duì)脫硝的影響及循環(huán)灰的催化作用

4.1 溫度對(duì)脫硝的影響

與以往的鍋爐不同，循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)對(duì)于溫度有著較高要求，對(duì)于催化劑的需求是不明顯的，可將溫度視為影響氮氧化物轉(zhuǎn)化率的重要指標(biāo)，實(shí)踐可發(fā)現(xiàn)，SNCR有一個(gè)相對(duì)適宜的需求溫度。當(dāng)溫度達(dá)不到要求的高度時(shí)，轉(zhuǎn)化率必然降下來(lái)，這個(gè)時(shí)候的NO和NH3濃度均處于較高水平；然則，溫度超過(guò)適宜溫度指標(biāo)時(shí)，則會(huì)加快NH3氧化，會(huì)容易生成大量的NO，NO轉(zhuǎn)化率自然而言會(huì)降下來(lái)。

實(shí)踐表明，溫度高于適宜的最佳溫度時(shí)，化學(xué)反應(yīng)將發(fā)生顛倒與改變，以NH3的氧化反應(yīng)會(huì)逐漸成為焦點(diǎn)和重點(diǎn)。除此之外，尿素分解得出的氨將不會(huì)還原氮氧化物，相反的是與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氨水。由此可看出，溫度的重要性及溫度在SNCR技術(shù)中的重要影響。

更多實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度處于850～1250℃之間時(shí)，則可確保以氨為反應(yīng)劑的脫硝效率高于尿素反應(yīng)劑脫硝效率；當(dāng)溫度超過(guò)1250℃的時(shí)候，結(jié)果相反。相同條件下，氨水的脫硝效率可超于尿素溶液的脫硝效率，在溫度把控上，尿素溶液更傾向于高溫。

4.2 循環(huán)灰的催化作用

循環(huán)灰在循環(huán)硫化床鍋爐中噴氮時(shí)發(fā)揮著積極作用，主要是在合適的時(shí)機(jī)和條件下，協(xié)助NO與N2O發(fā)生反應(yīng)，還可發(fā)揮催化作用，進(jìn)而達(dá)成氮氧化物超低排放標(biāo)準(zhǔn)。所以，循環(huán)灰的作用及價(jià)值理應(yīng)關(guān)注和重視起來(lái)，而非無(wú)視它、冷落它。

具體來(lái)說(shuō)，在噴入NH3時(shí)、進(jìn)行脫硝反應(yīng)時(shí)，循環(huán)灰正處于濃度較高階段，氣體與固體的沖撞與反應(yīng)，可使得循環(huán)灰中的活性成分與NH3和NO接觸和反應(yīng)，隨之發(fā)生起鼓多相反應(yīng)。依托和借助循環(huán)灰，可有效提高脫硝反應(yīng)中的轉(zhuǎn)化率，可充當(dāng)催化劑，進(jìn)而有效降低氮氧化物排放量。以循環(huán)灰為床料，無(wú)疑可以提高轉(zhuǎn)化率，也可明顯發(fā)現(xiàn)氣體中的NH3濃度有所降低。與此同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)循環(huán)灰還可在NH3與N2O發(fā)生反應(yīng)中發(fā)生了一定催化作用，對(duì)于超低排放氮氧化物也可產(chǎn)生積極成效與影響。

5 脫硝總體要求及運(yùn)行效果

5.1 脫硝總體要求

5.1.1 脫硝裝置系統(tǒng)應(yīng)具備的要求

要查驗(yàn)燃用設(shè)計(jì)，脫硝系統(tǒng)需符合環(huán)保總局標(biāo)準(zhǔn)，這是硬性要求，也是購(gòu)買及使用的必要前提條件；

要使用規(guī)范、成熟的技術(shù)，建設(shè)費(fèi)用要處于預(yù)算范疇內(nèi)，易于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行故障維修；

所有設(shè)備及零件需全新、健全；

盡可能的減少運(yùn)行成本，減少不必要的開(kāi)支；

要有專人定期進(jìn)行巡查，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)送去維修；

竭盡可能的減少操作人員數(shù)量，提高技術(shù)與設(shè)備的運(yùn)用效率，避免不必要的器械損失與使用風(fēng)險(xiǎn)；

保證設(shè)備安全，維護(hù)操作人員的生命安全；

節(jié)省能源、降低損耗。

5.1.2 脫硝裝置及其配置的設(shè)備應(yīng)具備的要求

要確保脫硝裝置在用之前處于閉合狀態(tài)，做好裝置的密封處理，確保煙氣不被排放到大氣中；

要按照說(shuō)明書來(lái)安全操作，尤其是鍋爐的溫度，要切勿過(guò)高和高低，確保脫硝反應(yīng)在安全與穩(wěn)定狀態(tài)下發(fā)生；

確保脫硝裝置檢修時(shí)間避開(kāi)正常工作時(shí)間段，避免因維修帶去不必要的經(jīng)濟(jì)損失；

設(shè)計(jì)上要保守的保存足夠通道，以便后續(xù)檢修、施工。

5.2 實(shí)際運(yùn)行效果

實(shí)踐表明，SNCR技術(shù)具備較多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可避免在高昂的催化劑方面支出較多金額，還可提高脫硝轉(zhuǎn)化率，可進(jìn)一步降低氮氧化物排放，進(jìn)而符合國(guó)家要求與標(biāo)準(zhǔn)，相較于傳統(tǒng)脫硝技術(shù)而言，存在明顯的優(yōu)越性特征，現(xiàn)如今也已成為市場(chǎng)中的主要脫硝手段，不僅便于安裝，還可避免故障帶來(lái)的巨大影響，可謂降低氮氧化物的絕佳渠道和途徑。雖然市面上，現(xiàn)如今存在兩種脫硝技術(shù)，分別為SCR技術(shù)和SNCR技術(shù)，但是SNCR技術(shù)應(yīng)用還是略勝一籌，只因SNCR技術(shù)的理論研究更豐富、更成熟，也由此積累了更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。按照當(dāng)下發(fā)展趨勢(shì)，這種非催化還原脫硝技術(shù)，未來(lái)還擁有廣闊的發(fā)展前景，值得進(jìn)一步推廣和使用。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，國(guó)家在進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，在快節(jié)奏的視域下，國(guó)家對(duì)于環(huán)保工作抓的更緊、抓的更牢，也由此對(duì)煙氣中的氮氧化物排放進(jìn)行了明確規(guī)定，提高了對(duì)排放技術(shù)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，也伴隨電廠技術(shù)的轉(zhuǎn)型，讓SNCR技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)踐表明，SNCR技術(shù)，有著以往脫硝技術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì)，成本低、易操作，還可達(dá)到國(guó)家規(guī)定工業(yè)排氣標(biāo)準(zhǔn)，也由此奠定了它的地位和影響，相信在未來(lái)，SNCR技術(shù)可實(shí)現(xiàn)完美升級(jí)，并造福人民、造福社會(huì)。