火電廠鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化

張 碩，崔健升

（河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018）

目前，火電廠鍋爐在進(jìn)行正常生產(chǎn)工作的時，由于相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)會導(dǎo)致排放的煙氣中含有的NOx過多，從而對于環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，不利于火電廠的穩(wěn)定長遠(yuǎn)發(fā)展。對此，火電廠內(nèi)均設(shè)置有相應(yīng)的煙氣脫硝系統(tǒng)，從而進(jìn)行有效的煙氣凈化。在這一過程中，氨作為其中重要的還原劑，在化學(xué)反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，能夠有效的降低煙氣中NOx的含量。所以對于噴氨優(yōu)化方面的研究就顯得至關(guān)重要，必須引起有關(guān)研究人員的高度重視。

1 煙氣脫硝系統(tǒng)概念和運(yùn)行原理

1.1 煙氣脫硝系統(tǒng)概念

火電廠鍋爐的煙氣脫硝系統(tǒng)主要針對鍋爐運(yùn)行過程中產(chǎn)生的污染性煙氣進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，從而降低其中的氮氧化物含量，是鍋爐運(yùn)行過程中產(chǎn)生煙氣到排放至大氣中的中間環(huán)節(jié)，對于環(huán)境保護(hù)起著至關(guān)重要的作用。目前被廣泛應(yīng)用的是SCR煙氣脫硝工藝，主要由還原劑制備系統(tǒng)以及脫硝反應(yīng)系統(tǒng)兩大結(jié)構(gòu)組成，還原劑的制備即液態(tài)氨的制備過程，脫硝反應(yīng)系統(tǒng)則是指具體的催化優(yōu)化過程。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中主要包括以下環(huán)節(jié)，首先需要進(jìn)行液態(tài)氨的準(zhǔn)備和儲存，之后將液態(tài)氨水進(jìn)行高溫蒸發(fā)，并和提前輸入到脫硝系統(tǒng)中的空氣進(jìn)行有效的混合處理，并將混合充分之后的氣體向脫硝系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的噴灑，從而使混合氣體和需要進(jìn)行優(yōu)化處理的煙氣進(jìn)行有效的混合，有利于兩者在催化劑的表面進(jìn)行有效的分布和充分的反應(yīng)，從而完成煙氣的脫硝處理。

1.2 煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行原理

火電廠鍋爐的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行原理是指，通過為催化優(yōu)化反應(yīng)創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的溫度和環(huán)境條件，從而使相應(yīng)的還原劑即液態(tài)氨水或者液氨，有選擇性的發(fā)揮還原作用，將煙氣中所含有的多種氮氧化物進(jìn)行充分的還原，降低氮氧化物中氮元素的化合價，經(jīng)過多級反應(yīng)，從而使其轉(zhuǎn)變?yōu)閷Νh(huán)境無污染的水和氮?dú)?，從而有利于環(huán)境的保護(hù)和火電廠的長遠(yuǎn)發(fā)展。其中，催化劑的主要作用是指有效的降低催化優(yōu)化反應(yīng)的活化能，使得優(yōu)化催化反應(yīng)所需要的溫度能夠進(jìn)行有效的降低。具體來說，應(yīng)該在160～460℃，能夠有效地貼合火電廠的實(shí)際溫度創(chuàng)設(shè)范圍，即210～500℃。如果缺少了相應(yīng)的催化劑，由于脫硝優(yōu)化反應(yīng)所需要的反應(yīng)溫度較高，大約在1000℃，火電廠難以進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)溫度提供，從而不能夠進(jìn)行相應(yīng)的煙氣脫硝處理。

2 煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化的問題

2.1 鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨冷態(tài)調(diào)整不科學(xué)

火電廠鍋爐煙氣脫硝噴氨冷態(tài)調(diào)整，主要是指在溫度正常條件下進(jìn)行的相應(yīng)優(yōu)化。目前在這一方面存在的主要問題有：由于相應(yīng)的催化劑管理不當(dāng)，從而導(dǎo)致其使用壽命大幅度縮短，從而在無形之中提升了煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行成本，不利于火電廠的經(jīng)濟(jì)效益提升。同時在相應(yīng)設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)內(nèi)，經(jīng)常會出現(xiàn)灰塵堆積以及過度磨損問題，從而對于脫硝的有效性產(chǎn)生了一定的影響。這些問題的出現(xiàn)，嚴(yán)重的影響了火電廠鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行效率，對于煙氣脫硝質(zhì)量的有效控制起到了不利的作用，必須進(jìn)行相應(yīng)的噴氨冷態(tài)優(yōu)化與改善，從而促進(jìn)火電廠鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2 鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨熱態(tài)調(diào)整不到位

火電廠鍋爐煙氣脫硝噴氨熱態(tài)調(diào)整優(yōu)化主要是指，在溫度較高的環(huán)境下進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。由于目前在噴頭處液態(tài)氨水的蒸發(fā)氣體和空氣的混合物不能夠進(jìn)行有效的分布和噴射，從而導(dǎo)致部分氨元素組成的氣體在反應(yīng)過程中逃逸，降低了液態(tài)氨水的還原性作用發(fā)揮，對煙氣的脫硝效率以及質(zhì)量具有不利的影響。同時，由于在催化優(yōu)化反應(yīng)的過程中進(jìn)行有效脫硝之后的煙氣在排出的過程中受到空氣中氧氣氧化作用的影響，再次被氧化形成了氮氧化物，從而使得排出的凈化煙氣中氮氧化物的含量得到了一定程度的提升，極大的降低了煙氣脫硝的質(zhì)量。對此應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的熱態(tài)調(diào)整優(yōu)化，從而提高煙氣脫硝的有效性。

2.3 鍋爐煙氣脫硝噴氨控制系統(tǒng)調(diào)整不完善

火電廠鍋爐煙氣脫硝噴氨控制系統(tǒng)是指對于氣態(tài)氨水和空氣混合物的混合氣體進(jìn)行智能化噴射控制的系統(tǒng)。目前主要存在反饋滯后的問題，由于響應(yīng)時間比較滯后，從而不利于人工判斷相應(yīng)的噴射時點(diǎn)，對于煙氣脫硝的效率提升具有不利的影響。同時在噴氨控制系統(tǒng)調(diào)整的方面，由于在脫硝系統(tǒng)入口位置氮氧化物的含量變化較大，無法進(jìn)行準(zhǔn)確的含量判斷，對合理確定噴氨數(shù)量和速度具有不利的影響。在另一方面，針對于在煙氣脫硝系統(tǒng)出口處氮氧化物的含量和排放到大氣過程中煙囪口處的氮氧化物含量具有較大變化的問題。這主要是由于相應(yīng)的噴氨控制效果較差所導(dǎo)致的，對此應(yīng)該加強(qiáng)對于脫硝噴氨控制系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化，采取有針對性的措施促進(jìn)控制系統(tǒng)的科學(xué)有效。

3 煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化的策略分析

3.1 加強(qiáng)煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨冷態(tài)優(yōu)化調(diào)整

為了促進(jìn)火電廠鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化的有效性提升，更好地實(shí)現(xiàn)火電廠鍋爐所產(chǎn)生煙氣的無害化處理。對此，應(yīng)該加強(qiáng)煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨冷態(tài)優(yōu)化調(diào)整，建立健全噴氨冷態(tài)優(yōu)化調(diào)整的規(guī)范機(jī)制，采取切實(shí)有效的措施，提高催化劑的使用壽命，從而促進(jìn)氨氣還原作用的發(fā)揮，提高煙氣脫硝的效率。同時應(yīng)該重視對于氨氣噴嘴處以及催化劑發(fā)揮作用處的灰塵堆積以及磨損問題，進(jìn)行有效的策略優(yōu)化，加強(qiáng)對于灰塵的定期處理，實(shí)現(xiàn)噴氨冷態(tài)調(diào)整的科學(xué)化，并派專門的管理人員進(jìn)行定期的檢查與管理，及時發(fā)現(xiàn)冷態(tài)調(diào)整的相應(yīng)問題，從而開展有效的優(yōu)化和解決，促進(jìn)火電廠鍋爐煙氣脫硝噴氨冷態(tài)調(diào)整技術(shù)的作用發(fā)揮。

例如，在提升煙氣脫硝系統(tǒng)催化劑使用壽命的方面，相應(yīng)的火電企業(yè)應(yīng)該定期對于煙氣脫硝系統(tǒng)中的活性催化劑進(jìn)行有效的質(zhì)量檢驗(yàn)。以二氧化銻作為載體，五氧化二釩作為主要組成成分的催化劑為例，通常至少應(yīng)該每年進(jìn)行兩次活性檢測，并將催化劑活性檢測的結(jié)果進(jìn)行有效的記錄和處理，建立專門的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)表格進(jìn)行儲存。重點(diǎn)需要對于催化劑失活的現(xiàn)象和原因進(jìn)行分析和處理，并找到使催化劑失活的原因要點(diǎn) （通常為反應(yīng)溫度較高所導(dǎo)致的）。在進(jìn)行催化劑的更換之后，在最大程度上降低催化劑活性下降的可能，應(yīng)該合理的控制相應(yīng)的反應(yīng)溫度，在溫度過高時進(jìn)行通風(fēng)口的開放，以達(dá)到降低溫度的效果，從而有效地提升催化劑的使用壽命，促進(jìn)氨氣還原作用的有效發(fā)揮，使得氨氣和空氣的混合物能夠在催化劑表面進(jìn)行有效的附著，提高脫硝反應(yīng)的效率。同時在催化劑的更換方面，應(yīng)該遵循經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量兼顧的原則，并且在催化劑假性失活的前提下，應(yīng)該給予其適當(dāng)?shù)脑偕幚?。將其置于相?yīng)的反應(yīng)器中進(jìn)行燃燒處理，在催化劑的活性溫度范圍之下進(jìn)行其表面所附著碳化合物的有效氧化燃燒，從而生成相應(yīng)的二氧化碳和水，使得催化劑的表面能夠再次實(shí)現(xiàn)裸露，從而恢復(fù)催化劑的化學(xué)活性，提高火電廠的經(jīng)濟(jì)效益。在噴嘴處灰塵堆積方面，應(yīng)該防止灰塵顆粒進(jìn)行反應(yīng)壁的貼合富集。對此，應(yīng)該將出煙管道處的水平煙道進(jìn)行速度的上升調(diào)整，使得大部分煙氣顆粒能夠沿管壁兩側(cè)中間區(qū)域進(jìn)行流動，從而減少了噴嘴處的灰塵富集，有利于噴氨效率的有效提升。

3.2 加強(qiáng)煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整

為了提高火電廠煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨的效率，充分發(fā)揮氨氣混合物的還原作用，對此應(yīng)該加強(qiáng)煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨的熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整，建立健全熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整的規(guī)范機(jī)制，采取有效的應(yīng)用措施，從而解決噴氨不當(dāng)?shù)囊幌盗袉栴}。同時應(yīng)該重點(diǎn)對于脫硝系統(tǒng)出口處和煙囪出口處的氮氧化物含量不同的問題進(jìn)行著重的解決，為煙氣排氣管道的環(huán)境創(chuàng)設(shè)提供相應(yīng)的熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整規(guī)范，從而降低在此過程中的氧氣氧化作用的發(fā)揮，真正的實(shí)現(xiàn)有效的煙氣脫硝。對此，應(yīng)該完善煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整的操作流程，使得具體的操作人員在進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的過程中有據(jù)可依，能夠根據(jù)實(shí)際的情況加強(qiáng)對于氨逃逸問題的有效解決，從而提高氨氣還原作用的發(fā)揮，加強(qiáng)脫硝反應(yīng)過程中的有效性。

例如，在煙氣脫硝噴氨熱態(tài)調(diào)整優(yōu)化的方面，首先應(yīng)該在原始條件下對于脫硝反應(yīng)器入口處和出口處的氮氧化物以及氧氣混合物的濃度分布情況進(jìn)行檢查。在氮氧化物檢查的方面，應(yīng)該采用鹽酸萘乙二胺分光光度法，利用三氧化鉻的氧化作用，將空氣中所含有的低價態(tài)氮氧化物中的氮元素氧化成高價態(tài)的二氧化氮。在堿性溶液的作用下，實(shí)現(xiàn)以硝酸為主要代表產(chǎn)物的酸性物質(zhì)的生成，使其與4-苯胺磺酸進(jìn)行偶合反應(yīng)。利用分光光度法測定對應(yīng)生成的偶氮染料的顏色深度，通過相應(yīng)的計算，判斷入口以及出口處氮氧化物的含量，從而進(jìn)行噴氨數(shù)量和速度的有效調(diào)整。對此，主要通過對于噴氨口處的閥門開合度進(jìn)行有效的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對于噴氨的控制。之后應(yīng)該對于脫硝系統(tǒng)出口處的氮氧化物氣體的分布程度進(jìn)行有效的檢測，利用標(biāo)準(zhǔn)氮氧化物的排放含量進(jìn)行相對偏差值的有效計算和比對，從而進(jìn)行熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整有效性的判斷。主要依據(jù)為所檢測氮氧化物的倒掛偏差情況，如果對應(yīng)的檢測結(jié)果顯示為正常，那么證明噴氨熱態(tài)調(diào)整是有效的；反之則需要進(jìn)行繼續(xù)的調(diào)整，直至評價檢測效果達(dá)標(biāo)。這樣能夠有效的解決在脫硝反應(yīng)中的氨逃逸問題，實(shí)現(xiàn)氨氣混合物脫硝還原性的作用發(fā)揮。

3.3 完善煙氣脫硝噴氨控制系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整

為了能夠?qū)τ跓煔饷撓跸到y(tǒng)噴氨的科學(xué)性進(jìn)行有效的保證，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)的噴氨控制，提高脫硝反應(yīng)過程中氨氣的反應(yīng)程度，提高火電廠的煙氣無害化處理效果。對此，應(yīng)該完善煙氣脫硝噴氨控制系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，建立健全相應(yīng)的控制系統(tǒng)管理規(guī)范，應(yīng)該定期對于反饋滯后的問題進(jìn)行調(diào)查分析，改進(jìn)相應(yīng)的噴氨控制系統(tǒng)，使得對于氮氧化物的含量檢測能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的把握，從而科學(xué)確定相應(yīng)的噴氨數(shù)量和速度。同時應(yīng)該針對在脫硝系統(tǒng)出口處氮氧化物含量差別較大的問題進(jìn)行有效的處理，合理的調(diào)整反應(yīng)器和反應(yīng)管的壓力，從而使得兩側(cè)的輸出口氮氧化物含量保持一致，促進(jìn)調(diào)節(jié)速度的優(yōu)化完善，提高煙氣脫硝噴氨控制的科學(xué)性，加強(qiáng)火電廠的煙氣脫硝效率的有效提升。

例如，在煙氣脫硝系統(tǒng)反饋滯后問題的解決方面，火電企業(yè)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的情況，合理地對于反應(yīng)監(jiān)測死區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。對于缺乏信號輸入或者信號輸入值為零的反應(yīng)區(qū)域進(jìn)行封閉式處理，從而減少反饋滯后的問題。同時應(yīng)該通過對于煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對于氮氧化物、含氧量、溫度以及濕度等的有效監(jiān)控，并對于數(shù)據(jù)的記錄和傳輸進(jìn)行有效的處理，采取光纖傳輸或無線傳輸?shù)姆绞浇档蛿?shù)據(jù)的失實(shí)現(xiàn)象。同時應(yīng)該采用稀釋抽取式煙氣的方法，將煙氣進(jìn)行過濾稀釋后，經(jīng)由分析儀進(jìn)行相應(yīng)的處理，保證反饋滯后的問題能夠得到妥善的解決，減少氮氧化物監(jiān)測的時間滯后問題。在對于煙氣脫硝系統(tǒng)兩側(cè)出口氮氧化物含量相差較大問題的解決方面，應(yīng)該合理的調(diào)整反應(yīng)器的壓力，通過在系統(tǒng)入口處流量氨氣調(diào)節(jié)閥的安裝，實(shí)現(xiàn)對氨氣流量壓力的科學(xué)調(diào)整。能夠根據(jù)已經(jīng)檢測出的氮氧化物含量進(jìn)行氨氣噴射數(shù)值的有效設(shè)定，從而合理的調(diào)整反應(yīng)器的氨氣濃度，實(shí)現(xiàn)對于氮氧化物的均衡性還原。在對于煙氣排放管道的科學(xué)處理方面，應(yīng)該利用煙氣脫硝噴氨控制系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整；在煙氣脫硝系統(tǒng)出口處安裝相應(yīng)的二氧化碳噴射裝置，在系統(tǒng)檢測到進(jìn)行無害化處理的廢氣即將排出管道時，應(yīng)該進(jìn)行二氧化碳的提前噴射，從而有效的降低管道中氧氣的含量，減少煙氣中所含有的未處理徹底的氮氧化物被氧氣氧化的現(xiàn)象發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)有效的煙氣脫硝，降低對于環(huán)境的危害作用。

4 結(jié)語

綜上所述，由于目前在火電廠鍋爐的煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨方面出現(xiàn)了一些問題，嚴(yán)重的影響了煙氣的排放質(zhì)量。鑒于此，本文首先闡述了火電廠鍋爐的煙氣脫硝系統(tǒng)概念以及相應(yīng)的運(yùn)行原理，并對于噴氨優(yōu)化方面的問題進(jìn)行了相關(guān)的闡述，從加強(qiáng)煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨冷態(tài)優(yōu)化調(diào)整，加強(qiáng)煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整，完善煙氣脫硝噴氨控制系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整三方面入手，采取切實(shí)有效的措施，根據(jù)實(shí)際情況，促進(jìn)煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨方面的科學(xué)性優(yōu)化，從而有效的促進(jìn)了環(huán)境的優(yōu)化保護(hù)。