煤氣發(fā)電兩種脫硫脫硝技術(shù)的實踐分析

郭 軍，胥海江，張鑫宇，祁艷瑩，王 欣，孟繁彬

（河鋼唐鋼公司動力部，河北唐山 063000）

1 概述

煤氣的化學(xué)成分主要元素有碳、氮、硫等，燃燒過程中會產(chǎn)生多種危害環(huán)境的有毒有害氣體，同時，還會向大氣排放含有礦物質(zhì)微粒的煙氣，對環(huán)境造成污染。為解決該污染，脫硫脫硝技術(shù)技術(shù)開始發(fā)展、成熟，并得到了廣泛應(yīng)用［1］。

唐鋼新區(qū)煤氣發(fā)電目前有3 臺燃?xì)忮仩t，分別為一期的2 臺260 t∕h 燃?xì)忮仩t和二期的1 臺330 t∕h燃?xì)忮仩t，260 t∕h 燃?xì)忮仩t采用的是選擇性非催化還原法（SNCR）+固定床脫硫脫硝技術(shù)，330 t∕h 燃?xì)忮仩t采用的是選擇性催化還原法（SCR）+小蘇打干法（SDS）+布袋除塵脫硫脫硝技術(shù)。為確定兩種脫硫脫硝工藝的經(jīng)濟性和實用性，結(jié)合現(xiàn)場實際運行情況對兩種技術(shù)進(jìn)行分析比較。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 SNCR+固定床脫硫脫硝技術(shù)

260 t∕h 燃?xì)忮仩t采用SNCR+固定床脫硫脫硝技術(shù)，工藝流程圖見圖1，其中固定床脫硫脫硝包括干法脫硫技術(shù)和干法低溫?zé)o氨催化脫硝技術(shù)，布置在高溫超高壓機組煙囪和煙道兩側(cè)。該煙氣凈化系統(tǒng)處理后的達(dá)標(biāo)煙氣，經(jīng)煙囪排入大氣。固態(tài)脫硝劑和固態(tài)脫硫劑一般不受煙氣溫度和含水量的限制和影響。SNCR 脫硝技術(shù)利用還原劑高效氨氮化合物對煙氣中的NOx 進(jìn)行選擇性的非催化還原，將NOx 轉(zhuǎn)化為N2［2］。SNCR 脫硝技術(shù)工程量小、工藝簡單，只需將氨水或尿素等還原劑制備好后，噴入鍋爐相應(yīng)的溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

圖1 SNCR+固定床脫硫脫硝系統(tǒng)工藝流程圖

2.1.1 干法脫硫技術(shù)

干法脫硫技術(shù)是采用氧化催化劑將煙氣中的SO2先氧化成為SO3，然后被Ca（OH）2吸收生成CaSO4的技術(shù)。

該技術(shù)在工程上是采取類固定床技術(shù)（或間歇式移動床），將堿（石灰、氫氧化鎂等）與催化劑的成型顆粒裝于脫硫反應(yīng)器中，待煙氣流過時，先將其所含的SO2氧化成為SO3后，被Ca（OH）2反應(yīng)固化成為CaSO4（石膏）固體。整個過程不使用水，亦不產(chǎn)生廢水。操作控制過程簡單，對于短時間內(nèi)煙氣條件的一些波動不敏感，幾乎適于所有的煙氣條件。

2.1.2 干法低溫?zé)o氨催化脫硝技術(shù)

干法低溫?zé)o氨催化脫硝技術(shù)不使用氨氣，是采取催化劑脫硝而不是氧化劑化學(xué)反應(yīng)脫硝的技術(shù)。

如果煙氣中沒有CO 或其含量不足，則NO2可以被堿吸收，反應(yīng)生成NO 繼續(xù)重復(fù)上述氧化反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

脫硝催化劑系列為高效復(fù)合氧化催化劑，無毒無二次污染，可以在較寬和較低的溫度范圍內(nèi)（300 ℃以下）將NO 氧化為NO2，能有效去除煙氣中的NOx。過程簡單操作方便，投資運行成本均較低。由于不使用氨氣，無安全隱患。

干法低溫?zé)o氮催化脫硝對于短時間內(nèi)煙氣條件的一些波動不敏感，幾乎適于所有的煙氣條件。

2.1.3 SNCR脫硝技術(shù)

選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)是在煙氣溫度800～1 050 ℃，氧氣共存條件下，向爐膛中直接加入脫硝劑，將NOx還原成N2和H2O的方法。

由于煤氣鍋爐溫度分布波動較大，因此，在鍋爐不同高度上布置5 層共21 個噴射點，通過連續(xù)檢測脫硝煙氣的含量和鍋爐溫度的變化，調(diào)整反應(yīng)物的分布和使用量。

2.2 SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術(shù)

330 t∕h 燃?xì)忮仩t采用SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術(shù)，工藝流程圖見圖2。SDS脫硫工藝稱小蘇打干法脫硫工藝，采用國外先進(jìn)干法脫硫——鈉基干法脫硫除塵一體化技術(shù)（簡稱鈉基干法），SCR 脫硝技術(shù)采用選擇性催化還原技術(shù)，系統(tǒng)主要包括SCR反應(yīng)器系統(tǒng)、氨混合噴射系統(tǒng)、氨水汽化系統(tǒng)和壓縮空氣吹掃系統(tǒng)［3］。

圖2 SCR+SDS+布袋除塵脫硫系統(tǒng)工藝流程圖

2.2.1 SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術(shù)

將研磨后粒徑為800 目以下的小蘇打（NaHCO3）超細(xì)粉噴入鈉基干法反應(yīng)器內(nèi)，NaHCO3超細(xì)粉在高溫?zé)煔獾淖饔孟路纸獬龈呋钚訬a2CO3和CO2，Na2CO3與煙氣中的SO2及其他酸性介質(zhì)充分接觸后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，被吸收凈化。脫硫后的粉狀顆粒產(chǎn)物隨煙氣進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行除塵，凈化后煙氣通過原煙囪排放。

主要反應(yīng)：2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2

副反應(yīng)：SO3+Na2CO3=Na2SO4+CO2

由于鍋爐長時間處于滿負(fù)荷生產(chǎn)運行，因此，對布袋除塵器設(shè)計要求較高，布袋除塵器濾袋使用壽命應(yīng)不低于3 年，且布袋除塵器最大煙氣處理能力滿足鍋爐最大蒸發(fā)量工況要求。

2.2.2 SCR脫硝技術(shù)

系統(tǒng)采用的選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)采用的脫硝還原劑有效成份為NH3。

脫硝反應(yīng)一般在300～420 ℃范圍內(nèi)進(jìn)行，此時催化劑活性最大。

3 項目運行成本與應(yīng)用效果

3.1 運行成本

3.1.1 SNCR+固定床脫硫脫硝工藝

煤氣發(fā)電一期260 t∕h 燃?xì)忮仩t固定床脫硫脫硝工藝為了保證脫硫脫硝效果和藥劑的有效性，每年需要進(jìn)行藥劑更換，每年需要采購固定床脫硫劑2 000 t，費用大約是1 200 萬元；固定床脫硝劑2 000 t，費用大約是3 700 萬元。SNCR 液態(tài)脫硝劑噴藥量大約每天50 t，年費用大約是4 100 萬元。

3.1.2 SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝工藝

煤氣發(fā)電二期330 t∕h 燃?xì)忮仩t脫硫脫硝工藝脫硫藥劑小蘇打每天大約需要消耗1.5 t，年費用大約是165 萬元；脫硝劑氨水每天大約需消耗2 t，年費用大約是100 萬元。為了保證脫硫脫硝效果穩(wěn)定，布袋和催化劑大約每3年進(jìn)行一次更換，催化劑更換費用大約是110 萬元，布袋更換費用大約是180 萬元。

3.2 應(yīng)用效果

觀察兩系統(tǒng)2022 年1～12 月份實際運行情況，年度氮氧化物、二氧化硫數(shù)據(jù)匯總見圖3、圖4。

圖3 氮氧化物折算值趨勢圖

圖4 二氧化硫折算值趨勢圖

由圖3可知，煤氣發(fā)電二期SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術(shù)較煤氣發(fā)電一期SNCR+固定床脫硫脫硝技術(shù)具有更高的脫硝效率。通過日常運行觀察，SNCR+固定床脫硫脫硝技術(shù)氮氧化物波動性較大，鍋爐操作較頻繁；SNCR 脫硝噴藥量大，機組穩(wěn)定性較差。

由圖4 可知，煤氣發(fā)電一期SNCR+固定床脫硫脫硝技術(shù)具有更高的脫硫效率，但通過日常調(diào)控發(fā)現(xiàn)煤氣發(fā)電二期SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術(shù)調(diào)控性更高，能及時通過調(diào)整碳酸氫鈉的加藥量控制二氧化硫煙氣排放指標(biāo)，機組穩(wěn)定性較高，但固廢產(chǎn)生量大，需定期清理固廢。

4 結(jié)論

通過一年多對唐鋼新區(qū)煤氣發(fā)電兩種脫硫脫硝技術(shù)從脫硫脫硝效率、生產(chǎn)運行維護(hù)成本、機組運行穩(wěn)定性方面實踐分析發(fā)現(xiàn)：SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術(shù)相比于SNCR+固定床脫硫脫硝技術(shù)具有更高的脫硝效率，雖脫硫效率較低，但可調(diào)控性強，能在保證煙氣排放指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，通過調(diào)整碳酸氫鈉、氨水藥劑的噴入量，節(jié)約生產(chǎn)成本。SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝不需要每年定期對固定床脫硫脫硝藥劑進(jìn)行更換，極大降低了藥劑運行維護(hù)成本，且煙氣排放指標(biāo)更加穩(wěn)定，發(fā)電機組能長時間保持高負(fù)荷運行。

綜合分析，SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術(shù)更適合唐鋼新區(qū)目前生產(chǎn)運營模式，經(jīng)濟性和實用性更高，這一研究為后續(xù)煤氣發(fā)電一期SNCR+固定床脫硫脫硝技術(shù)的改造和新發(fā)電機組的籌建提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。