集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術的應用

王艷杰 王文影

中國重汽集團濟南卡車股份有限公司設備動能部 250016；大連城建設計研究院有限公司 116021

摘要：進入21世紀以來，我國在科教文衛、公共服務等領域取得了輝煌成就，經濟飛速發展的同時，環境形勢日益嚴峻。就大氣而言，主要的污染物是粉塵、SO2、CO2、氮的氧化物等。煤炭燃燒產生大量的硫氮化合物和CO等有毒氣體，對環境影響極大。氮的氧化物已成為繼粉塵和SO2之后燃煤鍋爐環保治理的重點。集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術有待進一步提高。本文主要針對集中鍋爐的煙氣脫硝技術進行了研究，論述了集中鍋爐的煙氣脫硝中對鍋爐的改造，分析了集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術中 SCR 工藝技術的優化，并提出了尿素熱解制氨技術，探討了其控制策略的開發。

關鍵詞：集中鍋爐；煙氣脫硝；SCR工藝技術；尿素熱解制氨技術

前言

集中供熱是指以熱水或水蒸氣為媒，由一或多個供熱點通過供熱網絡向周邊城市或鄉鎮住戶提供熱能的方式，是我國重要的基礎設施之一。集中供熱能夠有效簡化供熱系統機構，精簡人員，節約開支，提高供熱效率。但同時帶來嚴重的生態問題：煤炭集中燃燒使氮氧化物排放量迅速增加且聚積一處，容易形成區域性的酸雨和光化學煙霧，對城市建筑，鄉鎮樹木的腐蝕侵害嚴重，甚至危害當地居民的身體健康。雖然國家制定了煤炭燃燒的污染物排放標準，但在實際生產中很難達標。因此，必須采取有效的煙氣脫硝技術控制氮氧化物的排放，以緩解工業燃煤造成的大氣污染形勢。本文主要針對集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術從以下幾個方面進行了研究和探討。

一、集中供熱鍋爐煙氣脫硝中鍋爐的改造

集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術的實施首先要對供熱鍋爐進行改造，改變鍋爐通風口和進料口的方向，完善鍋爐的受熱結構，保證SCR裝置系統入口煙氣溫度能夠滿足290℃～410℃高溫催化劑的工作溫度，使SCR裝置處于能夠連續投運的狀態。調整鍋爐結構，還要對熱力進行計算和研究，以鍋爐的低負荷為基本標準，保證SCR裝置在基本負荷標準的范圍內，爐內溫度處于正常水平。從而保證脫硝的運行和供熱效率。

二、集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術中SCR工藝技術的優化

為解決SCR脫硝技術的的簡單移植到集中供熱鍋爐中存在的SCR脫硝技術難以適應集中供熱鍋爐負荷和爐溫頻繁變化、無法達到持續穩定運行效果等問題，就必須對SCR工藝裝置進行優化，以保證SCR脫硝技術的順利實施，從而實現集中供熱鍋爐煙氣脫硝的目的。

（一）SCR 工藝技術的原理分析

SCR工藝技術是目前應用最為廣泛也是效果最為明顯的煙氣脫硝技術，主要采用選擇性催化還原的方法來實現煙氣脫硝。在具體實施中，煙氣中的氮氧化物在催化劑的作用下，將氮氫化物作為還原劑，從而使得氮氧化物被還原成為不會造成大氣污染的氮氣和水。在反應中，

還原劑有選擇性的與煙氣中殘留的氧氣發生了反應。因此，SCR脫硝工藝技術被稱為選擇性催化還原法。在催化劑的選擇上，也要注意催化劑的適當。適當的催化劑將直接決定煙氣脫硝反應有效進行的溫度范圍，對于煙氣脫硝的效果有著很大的影響。

（二）SCR脫硝工藝系統的物料平衡

SCR工藝系統的物料平衡是SCR工藝技術設計優化的可靠依據，要求模擬研究集中供熱鍋爐整個煙氣脫硝過程，在建立物料平衡、能量平衡和化學反應平衡虛擬工程平臺的基礎上，根據基本設計條件的要求，計算出裝置在不同負荷和工作狀況下的系統物料平衡和消耗狀況。

（三）SCR裝置優化與數值的模擬

為保證集中供熱鍋爐煙氣脫銷的效率，要求煙氣中的氮氧化物和還原劑必須混合良好并保持速度的均勻，這對于保證催化劑體積選擇的經濟和合適有著重要的意義。這就使得對各種負荷條件下的速度和氨分布的變化情況進行分析顯得尤為重要。計算變負荷條件下流暢的數值能夠促進煙道和導流葉片布置的優化，從而使得設定的目標能夠在任何工作狀況下都得以實現。受脫裝置一般都置于集中鍋爐之后，集中供熱鍋爐煙氣的溫度很高，以及SCR裝置反應器自身特點的影響，脫硝過程對于速度、煙氣中的氮氧化物和還原劑的混合、溫度以及飛灰的負載分布要求都十分苛刻。因此，必須改變傳統的設計方法，對SCR裝置設計進行優化。因此，在繼承SCR反應器及其連接煙道的設計及工程調試經驗的基礎上，要結合現場測試結果，驗證、修改數值計算結果，建立科學合理的SCR裝置設計的理論和方法。其中，需要計算的主要內容包括：

1.運用有限體積法計算數值模擬SCR反應器及連接煙道，從而采取改進煙道形狀、布置，增設導流葉片的措施。

2.計算數值，獲取噴氨格柵上每一位置的開孔噴出的氨的流動軌跡及遷徙規律，并對其進行調整開孔位置及大小的優化設計。

3.在負荷標準不同的基礎上，分析不同工作狀況下的煙氣速度分布及氨擴散規律。

4.分析飛灰在SCR 裝置中的運動規律，從而在理論上確定出可能發生積灰的位置，從而采取聲波吹灰、振打裝置和增設灰斗的工程改進措施。

三、尿素熱解制氨技術及其控制策略的開發

快速跟蹤負荷變化的還原劑制備及控制調節技術的開發是保證集中供熱鍋爐煙氣脫硝得以順利進行的重要措施。尿素熱解制氨技術的應用，是其關鍵舉措。尿素熱解制氨系統工藝流程：用脫鹽水將顆粒尿素溶解40%～50%質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶解泵輸送到尿素溶液儲罐中存儲；尿素溶液經尿素溶液循環泵、計量分配裝置進入熱

解反應器內，與經稀釋風機、電加熱器輸送過來的高溫空氣混合，尿素在溫度高時不穩定，分解成NH3和HNCO。尿素熱解系統的控制是尿素噴射的控制基于機組負荷信號以及來自NOx分析儀或者CEMS系

統的反饋。在熱解反應器中的短時停留使SCR反應劑的生產可以快速

跟蹤負荷的變化，系統可以快速啟動和關閉。

根據尿素熱解制氨工藝的原理和流程，制氨區系統包括固體顆粒尿素的存儲和卸料系統、尿素溶解和存儲系統、尿素溶液給料系統、尿素溶液熱解系統、自動控制系統、排放處理系統。尿素熱解系統包括高流量和輸送裝置、背壓控制閥、計量和分配裝置、熱解反應器、稀釋風機、稀釋風電加熱系統及控制系統等。整套系統均需要考慮到夏天防曬和冬天防凍的具體措施。尿素熱解系統使得快速跟蹤負荷變化的還原劑制備及控制調節技術的開發得以實現，確保了脫硝效率穩定以及氨出口逃逸率滿足標準要求。

在具體的控制實施中，進出口NOx含量應根據進口O2含量，折算為在6%O2下的數據。比較尿素溶液流量需求信號送到PLC控制器并和真實尿素溶液流量的信號，所產生的誤差信號經比例加積分動作處理送噴槍前的尿素溶液流量控制閥進行定位。通過此前饋過程保證控制系統能夠快速跟蹤鍋爐的負荷變化或入口NOx濃度的變化。同時要計算出修正的反饋信號并輸入在尿素溶液流量控制系統的程序上。

四、結語

煙氣脫硝技術在20世紀末才傳入我國，起步晚、發展慢，然而國內煤炭行業的蓬勃發展給我國的生態環境提出一個不小的挑戰。集中供熱已成為具有中國特色，而且被人們習慣的供熱方式。減少煤炭燃燒產生的煙氣污染唯一的方式就是深入對煙氣脫硝技術的研究。SCR脫硝工藝在集中供熱方式下暴露出它的局限性：對負荷頻繁變化，爐溫變化難以適應，無法達到持續穩定運行。需要政府對該類技術提供政策和資金上的支持。通過國內科研院所、設備制造廠針對鏈條爐排鍋爐燃燒特點，在優化配風、燃料再燃、煙氣再循環等方面深入開展研究，相信鍋爐煙氣脫硝技術在我國集中供熱領域會有美好的發展前景。

參考文獻：

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[2]馮威.火電廠煙氣脫硫脫硝一體化技術的發展[J].廣州化工. 2013（08）