燃煤電廠的脫硝技術(shù)分析

孫健 王義 王向國

摘 要：因電廠運作特點，其煙氣中含有大量的污染物質(zhì)，例如硫、硝等，此類污染物質(zhì)會對大氣環(huán)境造成重大污染，影響人類生存環(huán)境。以電廠鍋爐煙氣排放污染物治理為目的，針對同時脫硝技術(shù)進(jìn)行研究，以此降低電廠火爐煙氣對大氣環(huán)境的負(fù)面影響。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;脫硝;改造

引言

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，電廠鍋爐脫硝改造項目也越來越多，現(xiàn)在SNCR 和SCR 是主要的脫硝技術(shù)，在不同的改造項目中根據(jù)實際情況進(jìn)行選用。

一、脫硝技術(shù)的應(yīng)用

1.1NOx的生成原理分析

根據(jù)NOx在燃燒過程的生成原理，可以分為燃料型NOx、熱力型NOx以及快速型NOx。燃燒型NOx的生成是指含有氮化物的燃料在燃燒過程中與O2反應(yīng)生成NOx，一般當(dāng)燃燒溫度在600～800°C時就會產(chǎn)生，燃燒型NOx是NOx的主要組成部分，約75%～90%的NOx都是燃燒型NOx;熱力型NOx主要在1400°C的高溫燃燒區(qū)產(chǎn)生，當(dāng)溫度低于1000°C時，熱力型NOx產(chǎn)生的量極少，一般觀察不到;快速型NOx是所有NOx中含量最少的，只有在碳?xì)浠衔镞^濃燃燒時才會出現(xiàn)，數(shù)量幾乎可以忽略不計。所以在探討NOx的生成機(jī)理時，一般以燃燒型NOx和熱力型NOx為主。

1.2NOx的控制方法

NOx的控制主要分為三步即燃燒前控制、燃燒中控制和燃燒后控制。燃燒前控制主要是指在燃料燃燒前進(jìn)行脫氮處理，但目前這種技術(shù)尚處在研究階段，且技術(shù)難度大、成本高，實行的可能性極低;燃燒中控制即燃燒中的脫氮處理，主要從兩個方面入手：一是在燃燒過程中不斷抑制NOx的產(chǎn)生;二是通過一定的方法還原已生成的NOx。通過對NOx的生成機(jī)理的研究，我們可以得知，控制NOx生成量的方法是對燃燒區(qū)域溫度的控制，降低燃料在高溫燃燒區(qū)域停留的時長，同時降低氧氣濃度。目前，廣泛應(yīng)用的低氮燃燒方法都是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)的.燃燒后控制主要是指對燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行脫硝處理，脫硝的方法主要包括：選擇性催化還原（SCR）脫硝和選擇性非催化還原（SNCR）脫硝兩種。在燃燒后產(chǎn)生的煙氣中加入含有氮元素的還原劑，在溫度適宜的情況下，可以與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，最終生成水和氮氣，從而降低NOx的排放。

二、傳統(tǒng)設(shè)備脫硝技術(shù)改造方案

通過對上述三種方法的對比，可以將傳統(tǒng)設(shè)備脫硝技術(shù)方案分為三步。第一步，對設(shè)備燃燒器進(jìn)行改造，通過對燃燒器的改造，降低NOx的生成量，從而達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。第二步，添加SNCR技術(shù)裝置，進(jìn)一步降低NOx的排放量。第三步，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上再添加SCR技術(shù)裝置，從而使NOx的排放量降到最低。通過這三步，可以有效降低NOx的排放，達(dá)到節(jié)能環(huán)保、減少污染的目的。

三、脫硝技術(shù)改造方案的實施

3.1改造燃燒器

對燃燒器進(jìn)行改造，就是對煤粉進(jìn)行二次燃燒，控制NOx的含量和飛灰可燃物的量，實驗證明，改造后的燃燒器可以最大限度的控制NOx的排放量。

3.2添加SNCR技術(shù)裝置

SNCR技術(shù)是指在無催化劑的條件下，當(dāng)爐內(nèi)的溫度達(dá)到一定程度時，將還原劑噴入，還原劑與NOx反應(yīng)生成無害的氮氣和水，SNCR技術(shù)的投資小，脫硝效率較高，在進(jìn)行老機(jī)組改造時大多應(yīng)用此技術(shù)。

3.3添加SCR技術(shù)裝置

添加SNCR技術(shù)設(shè)備后，為實現(xiàn)脫硝效率的進(jìn)一步提高，將SCR技術(shù)也應(yīng)用到鍋爐脫硝中。在進(jìn)行SCR改造時，要根據(jù)設(shè)備的實際情況進(jìn)行操作，部分鍋爐在尾部設(shè)置了除塵煙道，尾部無法再進(jìn)行其他改裝，那么就需要將鍋爐內(nèi)的省煤器換成H型省煤器，這樣既縮小了省煤器的體積，又不會降低換熱量。改裝完省煤器后，多余的位置就可以安裝SCR技術(shù)裝置。這樣做的好處是不影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。SCR可以將SNCR中逃逸出來的氨二次吸收，進(jìn)行脫硝，提升了整體的脫硝效率。SCR脫硝系統(tǒng)包括反應(yīng)器、催化劑、測量控制系統(tǒng)等，通過加裝SCR技術(shù)裝置，NOx的排放得到了有效控制，大大降低了對環(huán)境的污染。

3.4脫硝技術(shù)改造后的運行控制要點

在對燃煤鍋爐進(jìn)行脫硝技術(shù)改造后，在實際的設(shè)備運行中無疑增加了許多的工作量，這也就為設(shè)備的正常運行帶來了一定程度上的不穩(wěn)定因素，對操作人員的日常工作也帶來了挑戰(zhàn)。在設(shè)備運行過程中，要保證鍋爐安全穩(wěn)定的燃燒，同時，還要注意控制NOx的產(chǎn)生量不能超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。設(shè)備運轉(zhuǎn)中，在減少NOx生成量的同時還要注意減少氨氣的噴入量，通過燃燒，使SNCR技術(shù)和SCR技術(shù)充分配合，降低NOx的同時保證鍋爐的運行效率。除此外，在設(shè)備運行中還要加大監(jiān)控力度，監(jiān)察排放指標(biāo)，當(dāng)數(shù)值瀕臨臨界值或超出臨界值時，要及時調(diào)整，降低NOx的排放。下面對重點環(huán)節(jié)進(jìn)行分析說明：

（1）催化劑壽命。由于催化劑等使用壽命長短受到催化劑活性的影響，且表面活性會隨著催化劑的使用而持續(xù)降低，催化劑失活主要分為兩種：物理失活和化學(xué)失活。物理失活主要是指因爐內(nèi)高溫煅燒造成，催化劑內(nèi)的固體顆粒附著表面造成的失活。化學(xué)失活主要指重金屬、堿性物質(zhì)反應(yīng)造成的催化劑中毒。在實際操作中，由于燃料燃燒造成的飛灰可能會造成催化劑失活。另外，由于飛灰中鈣含量較高，爐內(nèi)的三氧化硫與氧化鈣反應(yīng)，產(chǎn)生硫酸鈣，附著在催化劑表面造成催化劑活性降低。

（2）反應(yīng)溫度。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度超過催化劑反應(yīng)最佳溫度上限時，副反應(yīng)加劇，促使反應(yīng)器內(nèi)氨氣與氧氣反應(yīng)生NO，NO的轉(zhuǎn)化率較低，造成脫硝效率降低。而且，當(dāng)溫度過高時，催化劑的微孔和通道會發(fā)生變形，減小有效接觸面積，導(dǎo)致催化劑的活性被大幅度降低。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度過低時，催化劑的反應(yīng)受到抑制，導(dǎo)致反應(yīng)效率持續(xù)降低，造成脫硝效果差。因此在運行時要著重控制煙溫，避免對催化劑造成影響。

（3）氨逃逸的控制。氨逃逸會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，另外氨逃逸后會與煙氣中的SO2反應(yīng)，堵塞空預(yù)器。因此，應(yīng)著重控制噴氨量，并將其作為日常管理控制工作的一部分。要保證氨逃逸表測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，鍋爐設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時，SCR出口中氨逃逸量應(yīng)不超過3ppm，如果超過，需要減少氨氣的噴入量，等逃逸量降到小于3ppm的范圍內(nèi)再進(jìn)行處理，當(dāng)鍋爐內(nèi)發(fā)生局部噴氨過量時，要及時調(diào)整。設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時，要定期處理SCR入口處的積灰，減少堵塞，當(dāng)空預(yù)器差壓、SCR差壓增大時，應(yīng)進(jìn)行聲波或蒸汽除灰，直到差壓恢復(fù)至正常水平為止。

四、取得效果

燃煤鍋爐實施脫硝技術(shù)改造后，通過一段時間的運行，在現(xiàn)場操作人員掌握操作技能后，可優(yōu)化生產(chǎn)流程，實質(zhì)性減少NOx 的排放量，確保NOx 的排放量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。改造后鍋爐的氣壓、氣溫等均保持改造前的水平，保證了鍋爐的正常運轉(zhuǎn)，這標(biāo)志著脫硝技術(shù)對燃煤鍋爐的改造取得了十分顯著的成效。

五、結(jié)束語

在傳統(tǒng)煤粉鍋爐的改造過程中運用脫硝技術(shù)，必須從鍋爐自身的情況出發(fā)，合理、科學(xué)地運用脫硝技術(shù)，不僅需要保障脫硝率符合環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，也需要對企業(yè)脫硝過程中所產(chǎn)生的費用進(jìn)行有效的控制，從而使脫硝技術(shù)的運用價值達(dá)到最大化。

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