新時期電廠鍋爐脫硝及改造的研究

王世杰

（大唐魯北發電有限責任公司，山東 濱州 251909）

脫硝系統是現代電廠運轉工程中必備的輔助裝置，脫硝系統的安裝也是整個節能減排的重要過程之一。為了與當前環保要求相符，降低各種污染物的排放量，相關部門和工作人員需要對鍋爐系統進行合理的脫硝改造，這也進一步提升了電廠鍋爐脫硝問題探討的實施意義。因此，各個電廠在發展過程中需要高度重視該項問題。

1 低NOx 燃燒技術分析

首先是低過量空燃燒技術，該技術通過優化燃燒裝置，可以降低氮氧化物的生產量。另外，在該項技術作用之下，可以對整個燃燒裝置進行結構改造，在降低氮氧化物排放量的同時，提升整個裝置運行效率。其次是低氮燃燒器技術，其最大優勢就是在燃燒器口處可以實現分級送風，并讓燃料之間保持充分合理性，對氮氧化物產生形成有效的抑制作用。再次是空氣分級燃燒技術，它主要是指對煤粉和空氣進行有效混合，將燃燒過程中所需要的空氣送入燃燒火焰中，徹底降低氮氧化物的排放量。從具體應用角度來說，分級燃燒技術主要包括垂直分級、水平分級兩種。最后是燃料分級技術，可以將整個燃燒過程分成主燃燒區域和在燃燒區域，并在煙氣再循環技術的幫助下，將燃燒產物加入到二次或一次風中，對NOx的生成進行抑制。不同種類的煤產生的NOx排放質量濃度數量如表1所示。

2 電廠鍋爐脫硝技術

2.1 NOx 的產生機理

NOx是鍋爐燃燒物燃燒后的主要產物之一，主要包括NO、NO2、N2O 等。在整個燃煤鍋爐燃燒過程中，產量最多的物質為NO，占排放總量的5%～10%。相關試驗研究表明，燃料型所產生的NOx最高。另外，從電廠實際運行角度來說，整個NOx的控制主要包括鍋爐內部NOx燃燒以及煙氣脫硝兩種。此時，工作人員需要控制好鍋爐內部的氧氣濃度，如果是在低氧狀態之下，會出現一些中間產物，如HCN、NH3等，可以有效遏制NOx的產生量。站在煙氣脫硝角度來說，可以運用催化劑，調整溫度，為煙氣脫硝的進行提供有利條件，從而對NOx產物進行合理抑制[1]。

表1 NOx 排放質量濃度

2.2 NOx 排放控制技術

首先是爐內的低氮燃燒，該項技術實施主要借助NOx燃燒器進行，最終實現有效的空氣分級。除此之外，新型直流低NOx燃燒器可以在水平彎頭離心應力幫助下實現分離操作。在具體燃燒過程中，各個燃燒器還可以借助有效方式，促使CO、煤粉等物質的充分燃燒，最終實現NOx產生量的有效控制。

其次是SCR 技術，該技術在煙氣脫硝過程中十分常見，可以將整個煙氣溫度控制在350℃左右，之后結合相關催化劑的應用，讓NOx和還原劑發生氧化還原反應，將污染物變成對空氣無污染的水和氮氣。SCR 技術的應用十分理想，除了抑制NOx產生之外，最終的脫硝效果達到95%左右。但在該項技術應用過程中，需要對SCR 裝置進行合理安裝，很容易對下游鍋爐設備產生不必要的影響。因此，為了確保工作的穩定開展，人們需要對下游設備進行合理改造，在滿足SCR 技術應用的同時，確保脫硝工藝效果的有效提升。

2.3 NO2 控制技術

2.3.1 燃燒前的脫硝

在電廠鍋爐脫硝改造過程中，除了脫硝作用之外，還要展示出一定的脫硝功效。為了降低煤中的氮含量，人們可以應用物理、化學等手段，將煤中的含氮量降低40%左右。在我國，煤炭的選擇以物理方式為主，如介質選煤、浮選煤等。整體來看，煤中的氮元素可以通過物理法實現去除操作，而有機成分則需要通過化學法進行，如果人們想要將燃煤中的氮轉化成硝酸鹽，可以采用微生物方式，其效果突出。

2.3.2 燃燒中的脫硝

在煤炭燃燒過程中，內部的氮可以向廢物中實現轉移，從而將NO2的排放量降低。另外，粉煤爐還能實現直接噴鈣，具體的完成機理如下：人們可以將需要噴施的鈣鹽放置在爐膛區低溫處，整個脫硝率的范圍在30%左右，效率并不明顯。倘若將尾部活化器加入其中，還能起到增濕效果，這樣一來，脫硝率可以達到70%。另外，固氮技術機理主要是在煤的燃燒過程中加入固化劑。在整個燃燒過程中，會產生大量的二氧化氮，如果該氣體可以和固氮劑結合，便能生成硝酸鹽，這些物質會隨著燃燒的進行留在灰渣中，實現穩定脫硝。整體來看，在該種固硫技術應用下，脫硝率將會達到40%[2]。

2.3.3 煙氣脫硝

整個脫硝反應所生成的物質包含很多種類型，為了便于研究，電廠可以對煙氣脫硝進行有效分類，常見的方式有濕法、半干法以及干法。其中，濕法的應用范圍最廣，而且它可以分成很多種。在該方法使用過程中，鍋爐內部氣體可以成功通過進口中的擋板，之后進入增壓風機，在經過煙氣換熱器后，再將其吸收到塔內。除此之外，經過脫硝操作后，煙氣會進入除霧器中，將其中的一些小液滴去除干凈，之后排到大氣層。脫硝后，同樣會出現很多副產物，這些副產物在經過真空皮帶脫水等程序后，逐漸變成脫硝石膏。但是，整個脫硝過程中所使用的設備極容易受到腐蝕。因此，脫硝石膏的合理應用，是整個脫硝操作的重點內容。如果二氧化氮的排放量為1.0 t，最終會形成2.7 t 石膏混合物。由于我國整體的脫硝石膏利用率低于10%，因此在整個電廠鍋爐脫硝改造上，脫硝石膏的有效處理成為重點和難點內容。

2.4 電廠鍋爐脫硝工作中存在的問題

SCR 法脫硝和NOx脫硝在整個脫硝工作中具有關鍵作用，但實際應用過程中會出現一系列問題，從而對脫硝質量和效率產生極大影響。SCR 法脫硝很容易出現催化劑失活現象和逃逸問題，而NOx脫硝也會出現以下幾點不足之處：首先，該種方式下氨的利用率明顯下降，更容易對環境產生污染；其次，如果在工作中出現操作不當等情況，直接導致CO 的生成。

3 新時期電廠鍋爐脫硝改造流程

為了將電廠之中的鍋爐脫硝問題解決，相關管理和工作人員需要做好各個脫硝環節的改造工作，將工作中容易出現的弊端克服，提升脫硝工作質量，最大限度降低電廠污染物排放量，具體操作如下：

3.1 鍋爐整體脫硝工藝的改造

在整個電廠鍋爐脫硝改造過程中，人們應該將工作重點放在脫硝效率提升上。從大量研究內容可以看出，燃燒脫硝的實現以主燃區的空燃比調節為主。因此，在脫硝實踐環節，人們應該明確具體的電廠脫硝要求，實現對可燃物排放的整體控制。與此同時，可燃物的燃燒情況會給整個SCR 性能帶來很大影響，尤其是當SCR系統改造時，需要對相關應用技術進行合理設計，從而實現CO 含量的進一步降低，避免脫硝效率為其帶來負面影響。除此之外，在NOx脫硝改造上，可以從以下幾方面著手：首先，對引風機、除塵器以及空氣預熱等進行合理改造。其次，做好燃燒裝置的改造工作，最終將SCR 脫硝流程的經濟性全面激發出來[3]。

3.2 相關設備的改造

目前，部分電廠在脫硝操作過程中沒有重視輔助設備。因此，在改造工作開始之前，工作人員應做好輔助設備檢查工作，確保其滿足消防要求，同時對相關參數進行有效設置。另外，在鍋爐脫硝改造過程中，為了實現脫硝效果的全面提升，應該從經濟性和技術性兩方面出發，實現鍋爐的脫硝改造，為后續脫硝工作開展創造良好條件。另外，在整個電廠鍋爐脫硝和改造過程中，輔助設備的應用顯得十分重要，涉及的專業技術更是多種多樣。例如，在具體電廠鍋爐脫硝中，工作人員可以將工作重點放在煙塵排放研究過程中，并根據實際情況，進行除塵器等設備的改造工作，并實現相關設備使用的合理規劃，避免最終脫硝和改造效果受到影響。通過相關設備改造，電廠鍋爐脫硝工作效果將會更加明顯，效果也十分顯著。

3.3 選擇性催化還原工藝的應用

截至目前，我國很多電廠引進新型的W 型鍋爐，但無論鍋爐種類如何，其脫硝改造均可以劃分成燃燒改造和煙氣脫硝改造兩大類。脫硝系統主要包括煙氣系統系統和吹灰系統。站在工作原理角度來說，SCR煙氣脫硝技術主要是將NH3稀釋到標準濃度，隨后與混合氣體一起送到SCR 反應器中，此時如果金屬催化劑和溫度適宜，人們便可以有選擇性地將煙氣中NOx還原成氮氣和水，提升整個脫硝改造效果。當煙氣脫硝裝置正式運行后，人們可以通過完全燃燒將整個電廠脫硝率提升到90%，整個NOx的排放標準也會降低到50 mg/Nm3，實現電廠的優化運行[4]。

3.4 脫硝改造過程中的注意事項

電廠鍋爐的脫硝改造，一般都會將改造重點放在脫硝率提升上。空氣分層燃燒改造技術的應用與主燃區域中的化學當量存在很大關系，而且低氮燃燒技術通常會通過降低主燃區域空燃比實現順利脫硝，該種方式產生的后果就是飛灰中未完全燃燒的碳含量進一步提升。因此，該廠在鍋爐脫硝改造上應該將重點放在可燃物排放控制上。除此之外，還要通過主燃區的燃燒情況，看是否能夠對SCR 性能產生影響，進而從主燃區釋放更多的CO，之后對氣體的質量分數進行合理探查，倘若高于1×10-4，SCR 脫硝率便會進一步下降。因此，在具體SCR 系統設計上，需要提升對整個工程設計工作的重視程度。部分電廠還需要實施除塵器和引風機改造，此時，工作人員可以根據具體情況，對方案進行規劃，避免不協調因素出現，必要時可以通過二次改造將其中影響因素消除。

4 結語

煤炭一直是我國的重要能源之一，在社會經濟發展過程中起到了重要作用，使用時間較長。現階段，隨著人們環保意識的不斷增強，鍋爐煙氣管理已經迫在眉睫。電廠工作人員需要根據具體情況，對脫硝技術進行合理選擇，進一步降低NOx排放量，最終實現電廠周圍環境的合理改善。