對燃煤電廠鍋爐煙氣脫硫脫硝技術(shù)的探析

周德彬

新疆焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司，中國·新疆 烏魯木齊 830025

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染的情況日益嚴(yán)重，眾所周知，在電廠燃煤中所排放的硫化物等都是造成大氣污染的主要成分之一。中國是一個以煤炭為主要能源的國家，如何有效地控制燃煤電廠排放的SO2與NO3變得尤為重要。

2 煙氣脫硫技術(shù)

2.1 煙氣脫硫原理

論文采用了常規(guī)脫硫技術(shù)，該方法是采用雙堿法濕法脫硫，將煙氣中的SO2污染物進(jìn)行處理。通過對脫硫循環(huán)水的加藥處理，使脫硫循環(huán)水的pH 值達(dá)到9～10 的范圍內(nèi)，脫硫循環(huán)水經(jīng)脫硫泵輸送到脫硫塔的噴淋層，經(jīng)噴頭霧化后與煙氣進(jìn)行逆行混合，使之進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。其中，化學(xué)式為：

其中，式（1）為啟動階段Na2CO3溶液吸收SO2的反應(yīng)；式（2）為再生液pH 值較高時（高于9 時），溶液吸收SO2的主反應(yīng)；式（3）為溶液pH 值較低（5～9）時的主反應(yīng)。

①折疊再生過程：

②氧化過程（副反應(yīng)）：

2.2 煙氣脫硫的特點(diǎn)

脫硫效率90%以上，脫硫劑采用鈉堿和石灰，塔內(nèi)清液吸收，有效避免塔內(nèi)結(jié)垢。液氣比小?？擅摿虺龎m一體化。一次投資省，運(yùn)行成本低，國產(chǎn)程度高，適應(yīng)范圍廣。煙氣脫硫技術(shù)是一種高效、低毒的環(huán)保方法。它通過酸堿的中和反應(yīng)，從而達(dá)到凈化空氣，減少煙氣中SO2含量。

2.3 煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，燃煤電廠鍋爐煙氣脫硫技術(shù)也取得了長足進(jìn)步。目前，脫硫塔、噴淋降溫等設(shè)備在其他國家應(yīng)用較為廣泛。高壓噴射型煙道。采用高壓水霧化工藝來完成對含二氧化硫進(jìn)行吸收和氧化反應(yīng)所需濃度較低的廢氣處理系統(tǒng)稱為低壓噴射式除塵裝置；該裝置具有高效脫硫效率高等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于電廠。

3 煙氣脫硝技術(shù)的研究

煙氣脫硝技術(shù)主要有干法（選擇性催化還原煙氣脫硝、選擇性非催化還原法脫硝）和濕法兩種。與濕法煙氣脫硝技術(shù)相比，干法煙氣脫硝技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：基本投資低，設(shè)備及工藝過程簡單，脫除NOx的效率也較高，無廢水和廢棄物處理，不易造成二次污染?；谥袊推渌麌页墒斓腘Ox控制技術(shù)，通過可行性研究，得出以下結(jié)論：采用SNCR+SCR 聯(lián)合脫硝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煙氣中的氮氧化物的超低排放。

3.1 煙氣脫硝基本理論

SNCR-SCR 是一種新型的煙氣脫硝技術(shù)（除去煙氣中的NOx），其流程如下見圖1。

圖1 新型的煙氣脫硝技術(shù)流程圖

①反應(yīng)2NO ＋2CO2CO2＋N2能夠自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH-TΔS ＜0，該反應(yīng)的ΔS ＜0，所以ΔH ＜0。

②SNCR－SCR 流程中發(fā)生的主要反應(yīng)有：

4NO（g）＋4NH3（g）＋O2（g）4N2（g）＋6H2O（g）

6NO（g）＋4NH3（g）5N2（g）＋6H2O（g）

6NO2（g）＋8NH3（g）7N2（g）＋12H2O（g）

反應(yīng)N2（g）＋O2（g）2NO（g）

③NO 和NH3在Ag2O 催化劑表面的反應(yīng)活性隨溫度的變化曲線見圖2。

圖2 催化劑表面反應(yīng)活性變化曲線圖

在SCR 反應(yīng)器內(nèi)，煙氣與NH3的混合物在通過催化劑層時，煙氣中的NOx在催化劑的作用下與NH3 反應(yīng)生成N2與H2O。因此，除去煙氣中的NOx煙氣流程為：鍋爐爐內(nèi)高溫區(qū)噴稀釋尿素燃燒→鍋爐省煤器→SCR 脫硝反應(yīng)器→鍋爐空預(yù)器→布袋除塵器→鍋爐引風(fēng)機(jī)→脫硫塔→煙囪排放。如圖3所示，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率不大于1%。

圖3 去煙氣中的NOx 煙氣流程圖

3.2 煙氣脫硝技術(shù)可行性

切實(shí)做好各項(xiàng)施工管理和技術(shù)措施的組織落實(shí)，在施工準(zhǔn)備中特別注意以下工作的開展：施工場地的科學(xué)規(guī)劃和綜合利用，為立體交叉施工創(chuàng)造條件，合理界定施工場地及施工順序，保證文明施工和現(xiàn)場安全。

本工程工藝設(shè)備成熟、可靠，設(shè)備安裝工作量大，建筑工程施工時要注意預(yù)留預(yù)埋控制和施工測量控制[1]。工程現(xiàn)場施需制定了詳細(xì)的技術(shù)措施。充分考慮SCR 催化劑的安裝位置，對鍋爐現(xiàn)場不符合條件的進(jìn)行技術(shù)改造，大多是對鍋爐的省煤器改造安裝，省煤器的位置與催化劑的進(jìn)口溫度有嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，脫硝溫度直接影響脫硝效果，也是能否完成脫硝效率的關(guān)鍵點(diǎn)。設(shè)備和脫硝管線復(fù)雜多變，數(shù)量大，對管道的試壓尤其是高壓風(fēng)和尿素管道是工程能否按時投產(chǎn)及安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，在施工中予以高度重視。也要對技術(shù)管理、人員素質(zhì)提出較高要求。鍋爐本體打洞，安裝尿素噴射器，這個位置也是工程設(shè)計的難點(diǎn)，也是最關(guān)鍵點(diǎn)，SNCR 噴頭安裝的位置達(dá)不到最佳，就會造成鍋爐出力降低，或者有可能造成尿素因溫度達(dá)不到和量達(dá)不到導(dǎo)致尿素?zé)o法產(chǎn)生足夠的氨氣進(jìn)行還原。省煤器安裝焊接需向特種設(shè)備特檢院備案項(xiàng)，屬于特種設(shè)備焊接，焊接完成要通知特檢院現(xiàn)場X 檢驗(yàn)，出檢驗(yàn)報告。

3.3 煙氣脫硝主要組成系統(tǒng)

尿素溶液制備和輸送系統(tǒng)：尿素顆粒（袋裝）通過溶解罐，溶解成30%的尿素溶液，然后將該濃尿素溶液轉(zhuǎn)存至尿素溶液儲罐內(nèi)，通過稀釋模塊內(nèi)的除鹽水泵和尿素溶液輸送泵，使尿素溶液在管道內(nèi)與除鹽水混合和輸送。主要設(shè)備有尿素溶解罐、尿素儲存罐、除鹽水罐、除鹽水輸送模塊、尿素溶液輸送模塊、計量混合模塊。具體設(shè)備參數(shù)詳見設(shè)備清單。該系統(tǒng)主要完成尿素溶液的制備、計量和輸送。

①尿素儲存間：尿素儲存區(qū)，儲量按三臺鍋爐至少5天所需。

②尿素溶解罐：1 只尿素溶解罐。在溶解罐中，用除鹽水制成約30%的尿素溶液。當(dāng)尿素溶液溫度過低時，蒸汽加熱系統(tǒng)啟動使溶液的溫度高于40℃（確保不結(jié)晶）。材料采用304 不銹鋼。

③尿素溶液儲：尿素溶液經(jīng)由尿素溶液混合泵（尿素轉(zhuǎn)存泵）進(jìn)入尿素溶液儲罐。設(shè)置兩（1）只尿素溶液儲罐，滿足兩臺鍋爐至少5 天的系統(tǒng)用量（30%尿素溶液）要求。儲罐采用304 不銹鋼制造。儲罐為立式平底結(jié)構(gòu)，裝有液面、溫度顯示儀、人孔、梯子、通風(fēng)孔及蒸汽加熱裝置（保證溶液溫度高于結(jié)晶溫度5℃）等。設(shè)置尿素溶液加熱盤管，尿素溶液管道由尿素溶解罐及存儲罐的加熱蒸汽疏水進(jìn)行伴熱或保溫。

④尿素溶液給料泵：尿素溶液給料泵為不銹鋼本體，碳化硅機(jī)械密封的離心泵，尿素儲存罐出口設(shè)四臺泵三運(yùn)一備，并列布置，一臺鍋爐一臺。此外，溶液給料泵還利用溶解罐所配置的循環(huán)管道將尿素溶液進(jìn)行循環(huán)，以獲得更好混合。

⑤尿素溶液循環(huán)裝置：鍋爐設(shè)置尿素溶液供應(yīng)與循環(huán)裝置，兩臺以上鍋爐同時運(yùn)行互不影響。尿素溶液循環(huán)裝置包含3 臺全流量的多級離心泵（帶變頻器）、2 只背壓閥及用于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測循環(huán)系統(tǒng)的壓力、溫度、流量以及濃度等儀表等[2]。

3.4 計量混合模塊

除鹽水輸送模塊輸送除鹽水，尿素溶液輸送模塊輸送30%的尿素溶液，兩個模塊均進(jìn)入尿素輸送至鍋爐的管道內(nèi)，在管道內(nèi)，尿素溶液被稀釋到10%左右，通過調(diào)節(jié)閥組和流量計進(jìn)行配比。分配模塊：輸送至爐前的尿素稀溶液，通過分配模塊分配至各個噴槍，分配模塊主要由轉(zhuǎn)子流量計、手動調(diào)節(jié)流量閥等組成，可以針對性地調(diào)節(jié)每一個噴槍的流量。噴射系統(tǒng)：噴射系統(tǒng)有噴槍、套管、軟管等組成，布置在鍋爐的合適位置，分為SNCR 噴槍和SCR 噴槍，主要區(qū)別在于流量和型式，有扇形和錐形之分。

SCR反應(yīng)器系統(tǒng)由SCR反應(yīng)器、催化劑、吹灰器等組成。反應(yīng)器為Q345B 的鋼殼體材質(zhì)，催化劑的陶瓷狀的TiO2 基體+V2O5催化劑組成，做成蜂窩狀，吹灰器采用聲波吹灰器，簡單有效。幾年后，用過的催化劑由具有回收資質(zhì)的單位進(jìn)行回收。在SCR 反應(yīng)器內(nèi)，煙氣與NH3的混合物在通過催化劑層時，煙氣中的NOx在催化劑的作用下與NH3反應(yīng)生成N2與H2O，從而除去煙氣中的NOx。脫硝反應(yīng)器采用高灰型布置工藝，鍋爐設(shè)1 臺反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)的煙氣豎直向下流動。反應(yīng)器內(nèi)部各類橫向的加強(qiáng)板、支架、密封、鋼架等設(shè)計成不易積灰的型式，同時考慮熱膨脹的補(bǔ)償措施。反應(yīng)器上安裝設(shè)備的平臺寬度不小于1.2m，以方便催化劑的運(yùn)輸和安裝。脫硝反應(yīng)器的設(shè)計將易于建設(shè)、安裝和檢修維護(hù)，整個結(jié)構(gòu)符合堵灰條件下安全承重和抵御強(qiáng)風(fēng)。

反應(yīng)器的設(shè)計能滿足催化劑互換的需要。反應(yīng)器設(shè)聲波吹灰器（備用層催化劑預(yù)留吹灰器接口，備用層吹灰器不配備）。SCR 備用層吹灰器設(shè)計并安裝有設(shè)備檢修平臺。在每個反應(yīng)器進(jìn)出口各設(shè)置一套NOx/O2煙氣取樣分析系統(tǒng)，采樣探頭配套自動反吹系統(tǒng)。每個反應(yīng)器出口設(shè)置一套氨逃逸分析系統(tǒng)。吹灰器系統(tǒng)：每臺爐設(shè)置足夠數(shù)量的吹灰系統(tǒng)。根據(jù)SCR 反應(yīng)器本體內(nèi)設(shè)置的催化劑層數(shù)及數(shù)量來設(shè)置吹灰裝置，按每一層催化劑設(shè)置聲波吹灰器進(jìn)行設(shè)計。吹灰器的吹灰介質(zhì)為壓縮空氣吹灰介質(zhì)為壓縮空氣，數(shù)量和布置將催化劑中的積灰盡可能多地吹掃干凈，盡可能避免因死角而造成催化劑失效導(dǎo)致脫硝效率的下降和反應(yīng)器煙氣阻力的增加。催化劑預(yù)留層初裝時不安裝吹灰器，但預(yù)留以后安裝同樣的原配置的吹灰器的位置、壓縮空氣接口，方便增加備用層催化劑時安裝吹灰器[3]。

4 結(jié)語

脫硝站的安全措施是非常重要的，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)隱患時應(yīng)立即停止燃燒并及時處理。當(dāng)鍋爐出現(xiàn)事故時，應(yīng)該第一時間進(jìn)行維修。煙氣除塵器安裝合理性分析：對運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量粉煤灰和含硫氣體、NOx超標(biāo)氣體等危險因素存在情況下都要采取有效控制；同時，還需要注意的是煙氣量的大小也是影響脫硝站安全隱患的重要原因之一。在對電廠鍋爐煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)行設(shè)計的時候，需要考慮到經(jīng)濟(jì)性、安全性以及可靠性等方面。首先是安全性能，對于火力發(fā)電廠來說，其燃燒后產(chǎn)生大量含氮化合物和NOx；其次就是煙塵的污染程度比較嚴(yán)重并且含有很多有毒氣體（如一氧化碳）且不容易被發(fā)現(xiàn)而造成二次事故發(fā)生且不易處理；最后針對鍋爐爐膛內(nèi)溫度控制而言，由于燃煤電廠在運(yùn)行過程中存在著火工況、受熱面以及結(jié)渣。