中小型循環流化床鍋爐煙氣脫硝技術探析

凌紹華　景長勇　張立娟

摘要：本文對煙氣脫硝技術在中小型燃煤循環流化床鍋爐的適用情況進行分析與討論。以65T/H燃煤循環流化床鍋爐為例，研究中小型燃煤循環流化床鍋爐SNCR煙氣脫硝工藝技術方案，并對中小型燃煤循環流化床鍋爐SNCR煙氣脫硝技術的經濟效益及環境效益進行分析。

關鍵詞：中小型循環流化床鍋爐；煙氣脫硝；SNCR

中圖分類號：X511 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2016）04-0039-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2016.04.008

Abstract：In this paper， flue gas denitration technology in the application of small and medium sized coal-fired CFB（Circulating Fluidized Bed） boilers are analyzed and discussed.To 65t/h CFB boiler， study small and medium sized coal-fired CFB boilers flue gas SNCR denitration technology solutions， and analyzes economic and environmental benefits for small and medium sized coal-fired CFB boilers flue gas SNCR denitration technology.

Keywords：Small and medium sized CFB boilers；Flue gas denitration； SNCR

前言

當前我國區域性大氣環境問題突出，部分區域霧霾現象突出，復合型大氣污染日益突出。燃煤鍋爐是主要污染源之一，隨著我國對大氣污染控制的加強，很多燃煤電站鍋爐都已安裝SCR或SCR-SNCR聯合脫硝裝置，但中小型燃煤工業鍋爐尚未開展有效的氮氧化物排放控制工作。隨著《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）的頒布實施，中小型燃煤工業鍋爐將分期執行煙氣NOx濃度限值要求。因此控制中小型燃煤工業鍋爐NOx污染已勢在必行。循環流化床鍋爐（CFB）在中小型燃煤工業鍋爐領域已得到廣泛應用。本文對中小型燃煤循環流化床鍋爐（CFB）煙氣脫硝技術進行分析討論，研究中小型燃煤循環流化床鍋爐SNCR煙氣脫硝技術方案，并對其經濟效益及環境效益進行分析。

1 燃煤鍋爐煙氣脫硝技術

燃煤鍋爐煙氣脫硝技術有燃燒中脫硝技術及燃燒后煙氣脫硝技術。燃燒中脫硝技術即低NOx燃燒技術，包括低氮燃燒器、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒等技術。采用燃燒中脫硝技術，工程投資、運行費用較低，但脫硝效率較低，達不到環保要求。而燃燒后煙氣脫硝技術，目前比較常見的有選擇性非催化還原（SNCR）脫硝、選擇性催化還原（SCR）脫硝及SNCR-SCR 聯合脫硝技術。

1.1 選擇性非催化還原技術（ SNCR）

SNCR脫硝技術是在沒有催化劑的作用下，向合適溫度區域（850-1050℃）的爐膛區域中噴入還原劑（氨水或尿素），噴入的還原劑有選擇性的與NOX反應，生成無污染的N2和H2O[1-3]。SNCR應用于大型燃煤鍋爐時脫硝效率較低，但對于中小型燃煤鍋爐，由于爐膛尺寸較小，還原劑與煙氣混合較均勻，可取得較高的脫硝效率。

1.2 選擇性催化還原技術（ SCR）

SCR脫硝技術是在催化劑的作用下，在適當溫度區域（320-400℃），還原劑有選擇性與煙氣中的NOX發生反應，生成無毒、無污染的N2和H2O[4-5]。作為SCR的還原劑有液氨、尿素、氨水。采用SCR脫硝效率可達到80%-90%，但工程投資及運行費用較高。

1.3 SNCR-SCR聯合脫硝技術

SNCR-SCR 聯合脫硝技術是將SNCR技術與SCR技術聯合應用， 即在鍋爐爐膛合適溫度區域噴入還原劑，還原劑與NOX發生選擇性非催化還原反應（SNCR），生成N2和H2O。然后，過量的NH3與煙氣一起進入后面的SCR反應器，在催化劑的作用下，與煙氣中的NOX發生選擇性催化還原反應（SCR），進一步脫氮[6]。采用此工藝可減少催化劑的用量，工程投資及運行費用較SCR低，同時脫硝效率也可達到80%以上。

1.4 三種脫硝技術比較

SNCR技術、SCR技術及SNCR-SCR 聯合脫硝技術的工藝對比情況見表1。

根據以上三種工藝的對比情況可以看出，采用SNCR技術工程投資最低、運行費用最少，是中小型燃煤循環流化床鍋爐優先考慮采用的脫硝技術。

2 中小型燃煤鍋爐煙氣SNCR 脫硝技術方案

以65T/H循環流化床鍋爐為例，中小型燃煤循環流化床鍋爐煙氣SNCR工藝系統主要由氨水制備及輸送系統、氨水分配調節系統、霧化介質分配調節系統、噴氨系統、PLC控制系統以及煙氣在線檢測系統等組成。其流程如圖2所示：

氨水和軟化水分別由兩個獨立管路進入氨水混合制備系統，將濃氨水配制成16%的稀氨水。混合后的稀氨水通過供氨泵及相應管路輸送至氨水分配調節系統，每個氨水支管路均單獨配置流量計、電動閥，各個支路的氨水流量通過控制系統進行獨立控制，以實現各支路氨水流量的精確控制。在鍋爐爐膛上部及旋風分離器入口等區域的適當位置分層布置12支氨水噴槍，氨水噴槍采用耐高溫材質，氨水霧化介質采用壓縮空氣。通過獨特的設計結構，氨水經霧化后可達到理想的霧化效果。在燃煤鍋爐出口煙道設有NOx、NH3在線檢測裝置，并將NOx、NH3在線檢測數值與噴氨系統聯鎖。通過在線檢測NOx及NH3的排放值，利用反饋系統，及時調整噴氨量，在保證脫硝效率前提下減少系統運行成本，同時避免過量噴氨造成的二次污染。

3 經濟及環境效益分析

以65T/H循環流化床鍋爐為例，設計煙氣處理量為16×104m3/h，煙氣中的NOx初始排放濃度為400 mg/m3，系統脫硝效率為60%。

3.1 經濟效益分析

運行費用主要是項目材料與動力消耗，包括氨水、軟化水、壓縮空氣及電力消耗。各種費用的運行成本見表2。

如上表所示，該鍋爐SNCR脫硝系統總運行成本為99.73萬元/年（該鍋爐為65t/h，每年以330天生產日計）。

3.2 環境效益分析

該工程投入運行后，脫硝效率可達到60%，每年減少氮氧化物排放約304噸，可有效改善鍋爐企業所在地的大氣環境，環境效益及社會效益顯著。

4 結論

選擇性非催化還原法（SNCR）是適合中小型燃煤鍋爐煙氣的脫硝治理技術，中小型燃煤鍋爐煙氣采用SNCR脫硝治理后，可達到《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）的要求，同時可實現中小型燃煤鍋爐煙氣脫硝系統工程投資及運行費用經濟合理、環境效益明顯的目標。

參考文獻

[1]陳進生.火電廠煙氣脫硝技術[M].北京：中國電力出版社，2008，18-20.

[2]路濤，賈雙燕，李曉蕓.關于煙氣脫硝SNCR工藝及其技術經濟分析[J].現代電力，2004，21（1）：17-22.

[3]孫克勤，韓祥.燃煤電廠煙氣脫硝設備及運行[M].北京：中國機械出版社，2011：20-22.

[4]段傳和，夏懷祥.燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術[M].北京：中國電力出版社，2009：19-21.

[5]楊冬，徐鴻.SCR煙氣脫硝技術及其在燃煤電廠的應用[J].電力環境與保護，2007，23（1）：49-51.

[6]蔡小峰，李曉蕓.SNCR-SCR煙氣脫硝技術及其應用[J].電力環境保護，2008，24（3）：26-29.

收稿日期：2016-07-05

基金項目：秦皇島市科學技術研究與發展計劃項目（201401A233）

作者簡介：凌紹華（1972—），男，福建省莆田市人，碩士，高級工程師，主要從事大氣與水污染控制技術研究.