熱電廠鍋爐煙氣脫硝技術(shù)實踐應(yīng)用

文_鮑齊琦 湖州市吳興區(qū)環(huán)境應(yīng)急與事故調(diào)查中心

1 煙氣脫硝技術(shù)概述

煙氣脫硝系統(tǒng)是熱電廠生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要功能是凈化鍋爐煙氣，減少煙氣中氮氧化物含量，以此來實現(xiàn)減少環(huán)境污染的目的。目前在熱電廠鍋爐裝置中有大量低NOx燃燒技術(shù)，實際應(yīng)用中可以顯著降低鍋爐NOx排放含量。低NOx燃燒技術(shù)實際應(yīng)用中，主要是通過減少燃料周圍氧氣濃度，減少一次風(fēng)量以及揮發(fā)分燃燼前燃料和二次風(fēng)的摻混，在氧濃度較少情況下保持足夠停留時間，以此來避免燃料中N不容易生成NOx，生成的部分NOx通過均相反應(yīng)還原分解，在過剩空氣情況下可以降低溫度峰值，熱力型的NOx生成量大幅度減少。如果選擇降低熱風(fēng)溫度與煙氣再循環(huán)，可以加入一定量的還原劑，生成NH3、CO以及HCN等物質(zhì)，促使NOx充分還原分解。

但低NOx燃燒技術(shù)通常僅僅可以取得50%的脫氮率，如果需要進(jìn)一步提升脫氮率，則需要積極引用煙氣脫硝技術(shù)。目前熱電廠中應(yīng)用較為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)有選擇性非催化換元法（SNCR）以及選擇性催化劑換元法（SCR）、同時脫硫脫硝法以及電子束照射法等幾種，其中當(dāng)屬SCR煙氣脫硝技術(shù)脫銷效率最高，操作簡單，運行穩(wěn)定，便于后期維護，因此多數(shù)的熱電廠鍋爐選擇SCR煙氣脫硝技術(shù)。

2 熱電廠鍋爐煙氣脫硝技術(shù)的意義

經(jīng)濟社會飛快發(fā)展，日益增長的能源消費帶來了不同程度的環(huán)境污染，已經(jīng)威脅到人類社會的可持續(xù)生存和發(fā)展。鍋爐煙氣中包含的二氧化硫、煙塵以及氮氧化物等有害物質(zhì)如果未經(jīng)處理就直接排放到空氣中，會造成嚴(yán)重的大氣污染，誘發(fā)酸雨和溫室效應(yīng)。對此，我國已經(jīng)大規(guī)模組織開展煙氣脫硫項目，但煙氣脫硝項目規(guī)模還有所不足。如果忽視煙氣中氮氧化物治理，將會進(jìn)一步加劇大氣污染，并且氮氧化物未來將取代二氧化硫成為大氣污染中的主要污染物。相較于發(fā)達(dá)國家，我國的煙氣脫硝項目起步較晚，目前所采用的煙氣脫硝技術(shù)也是歐美等發(fā)達(dá)國家引進(jìn)，技術(shù)依賴性較大。對此，應(yīng)該進(jìn)一步深化煙氣脫硝技術(shù)研究和發(fā)展，以便于推動我國煙氣脫硝市場規(guī)模擴大，為提升大氣污染治理成效做出更大的貢獻(xiàn)。

3 熱電廠鍋爐煙氣脫硝技術(shù)分析

3.1 SCR

3.1.1 反應(yīng)原理

SCR是目前應(yīng)用最廣泛的、效率最高的脫硝技術(shù)。此項技術(shù)主要是在催化劑作用下，將氨噴入到廢氣中，促使NOx物質(zhì)充分的還原成水與N2。應(yīng)用催化劑，一方面是為了減少反應(yīng)溫度，在280～420℃之間進(jìn)行還原反映，同時在催化劑作用下，還原劑選擇性的同NOx反應(yīng)生成水與N2，而不是被水氧化，有效提升反應(yīng)效率，降低控制難度。

3.1.2 工藝流程

基于灌裝卡車運輸液態(tài)氨，同時存儲在氨罐中；借助蒸發(fā)器對液態(tài)氨進(jìn)行蒸發(fā)氣化處理；氣化的氨和空氣混合，經(jīng)由噴氨格柵進(jìn)入到SCR反應(yīng)器上游煙氣中；同煙氣充分混合后，進(jìn)入到SCR反應(yīng)器，在催化劑作用下選擇性的同煙氣中NOx進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化成無害的N2與水，以此來實現(xiàn)去除NOx的目的，詳見圖1。

圖1 脫銷效率、氨和催化劑的關(guān)系

3.1.3 布置方式

依據(jù)不同的反應(yīng)器布置方式，SCR脫硝技術(shù)可以細(xì)化為高溫低塵布置、高溫高塵布置和低塵低溫布置。具體如：①高溫高塵SCR工藝，將脫硝反應(yīng)器設(shè)置在鍋爐省煤器后，空氣預(yù)熱器的前段。此種方式可以保證煙氣溫度較高，不需要加熱即可快速反應(yīng)，能耗小，成本低。但此種方式由于粉塵濃度較高，長期使用下可能導(dǎo)致催化劑反應(yīng)器堵塞，并且煙氣中的Ca、K、Na以及As等成分會導(dǎo)致催化劑被污染，催化劑使用壽命大大縮短。②高溫低塵SCR工藝，靜電除塵器和空氣預(yù)熱器中間位置設(shè)置反應(yīng)器，通過高溫靜電除塵器除塵處理后的高溫?zé)煔?，進(jìn)入到催化反應(yīng)器，煙氣溫度大概在300～400℃范圍內(nèi)，不需要配備加熱裝置進(jìn)一步加熱，可以大大降低催化反應(yīng)器磨損和老化程度，催化劑使用壽命進(jìn)一步延長。但煙氣中粉塵顆粒粒徑較細(xì)，容易黏連，不具備粗大飛灰顆粒清掃作用，容易加劇催化劑堵塞，因此需加快煙氣速度，實現(xiàn)催化劑表面清掃的目的。③低溫低塵布置，在預(yù)熱器、靜電除塵器和煙氣脫硫裝置后設(shè)置反應(yīng)器，通過除塵和脫硫裝置，降低SO2以及粉塵的濃度，可以有效降低后期裝置堵塞幾率，催化劑使用壽命進(jìn)一步延長。低含塵布置方式，由于催化反應(yīng)器是在脫硫裝置后，因此該區(qū)域煙氣溫度是60℃，難以滿足還原反映的需求，需要增設(shè)煙氣換熱器和燃?xì)庋b置用于加熱該區(qū)域的煙氣溫度，一定程度上增加了整體能耗和運行成本。

需要注意的是，SCR技術(shù)應(yīng)用中需要做好催化劑的選擇，具體有蜂窩式、平板式以及波紋板式，其性能如表1所示。

3.2 SNCR

3.2.1 技術(shù)原理

SNCR是選擇含氨基的還原劑噴入鍋爐爐膛中，還原劑選擇性和煙氣的NOx進(jìn)行還原反應(yīng)，生成水和N2物質(zhì)。

（1）NH3作為催化劑

(2)尿素為催化劑

3.2.2 工藝流程

SNCR煙氣脫硝處理中，接受和存儲還原劑；劑量輸出還原劑，并且與水混合稀釋；鍋爐合適位置加入混合的還原劑；還原劑和煙氣混合實現(xiàn)脫硝處理。

3.2.3 布置方式

選擇適量還原劑稀釋到反應(yīng)所需濃度，基于加壓泵、輸送管道將其輸入到爐前噴射系統(tǒng)中，在鍋爐四周霧化噴嘴噴乳到爐膛中，在900～1100℃高溫區(qū)域，充分同鍋爐中NOx進(jìn)行反應(yīng)。在此期間，鍋爐負(fù)荷發(fā)生明顯變化，則要及時調(diào)節(jié)還原劑用量，規(guī)避氨逃逸，提升脫硝率。另外，為了滿足各個溫度區(qū)域需求，擴大反應(yīng)接觸面積，通常情況下采用多層布置噴嘴的方式予以處理。

4 結(jié)語

綜上所述，熱電廠鍋爐煙氣脫硝是必然選擇，可以在保證發(fā)電效率同時，最大程度上減少對環(huán)境的污染和影響，滿足可持續(xù)發(fā)展要求。因此，要結(jié)合實際情況靈活選擇不同的煙氣脫硝技術(shù)，優(yōu)先選擇成本低、操作便捷和脫硝率高的技術(shù)，以期取得理想的煙氣脫硝效果，促進(jìn)熱電廠生產(chǎn)活動順利進(jìn)行。