淺談燃煤鍋爐煙氣中脫硝技術(shù)的應(yīng)用

洪超

摘 ?要：近年來，環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)峻，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的大力推進(jìn)，如何降低燃煤鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物是國(guó)家乃至世界關(guān)注的重點(diǎn)，燃煤鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物是PM2.5形成的主要來源，不但對(duì)環(huán)境造成巨大污染，更對(duì)人們的身體健康形成巨大威脅。為了還給大家一個(gè)碧海藍(lán)天，燃煤鍋爐使用企業(yè)應(yīng)采取相應(yīng)措施消除燃煤所產(chǎn)生的氮氧化物。通常，燃煤鍋爐的脫硝技術(shù)按工藝分為SCR和SNCR兩種，即選擇性催化還原技術(shù)和選擇性非催化還原技術(shù)，各有利弊，在實(shí)際應(yīng)用中，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身工藝特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)狀況，選擇適當(dāng)?shù)拿撓跫夹g(shù)。該文將對(duì)兩種技術(shù)做一簡(jiǎn)單論述，并對(duì)機(jī)器提出改造方案，供同行們一起研究和探討，共同推進(jìn)燃煤鍋爐脫硝技術(shù)工作的順利實(shí)施，為我國(guó)的環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐 ?煙氣 ?脫硝技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X773 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）03（b）-0046-02

如何脫硝是當(dāng)下燃煤鍋爐使用企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，燃煤鍋爐產(chǎn)生的NOx是大氣污染的罪魁禍?zhǔn)祝瑸榱朔e極支持我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作，將燃煤鍋爐產(chǎn)生的NOx排放濃度控制在法律法規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)，就必須采用相適應(yīng)的脫硝技術(shù)。

1 ?氮氧化物造成的危害

氮氧化物是大氣污染的最主要污染源之一，大氣中存在過量的氮氧化物，會(huì)加重空氣中細(xì)顆粒物的污染，形成霧霾、酸雨等災(zāi)害，不但使環(huán)境污染日益嚴(yán)重，改變土壤的酸堿度、河流富營(yíng)養(yǎng)化，植物、農(nóng)作物無法正常生長(zhǎng)，而且會(huì)引發(fā)多種呼吸道疾病，對(duì)人們健康造成很大傷害。

2 ?脫硝技術(shù)簡(jiǎn)介

脫硝技術(shù)就是利用物理和化學(xué)等方法將燃煤鍋爐所產(chǎn)生的氮氧化物還原，分解為氮?dú)饧捌渌镔|(zhì)在進(jìn)行排放，或者直接清除煙氣中的含氮物質(zhì)，避免氮氧化物的合成，從而降低大氣污染物排放量。一般情況下，氮氧化物可通過燃燒前、燃燒中和燃燒后3個(gè)過程分別處理。

2.1 燃燒前處理

燃燒前處理是指在燃料使用之前就采取措施降低燃料中含氮量。目前，這種技術(shù)尚在研究階段，因其處理工藝復(fù)雜、操作難度大、耗費(fèi)成本高等缺陷，在還不能實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。

2.2 燃燒中處理

顧名思義，燃燒中處理就是在燃料燃燒的過程中采取控制燃燒溫度、降低燃燒區(qū)域內(nèi)的氧濃度等措施，對(duì)燃料進(jìn)行干預(yù)，以達(dá)到降低煙氣中氮氧化物的目的。但目前也還未達(dá)到全面使用階段。

2.3 燃燒后處理

燃燒后處理簡(jiǎn)而言之就是煙氣的脫氮技術(shù)，又稱為煙道氣脫硝或廢棄脫硝，是目前較為常用的脫硝技術(shù)，尤其以SCR技術(shù)及SNCR技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在也出現(xiàn)液體吸收法、吸附法、微生物法等創(chuàng)新技術(shù)，有待大力推廣。

3 ?我國(guó)脫硝技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀分析

我國(guó)是燃煤大國(guó)，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤炭為主，主要用于發(fā)電、工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、水泥、冶金等行業(yè)，但據(jù)相關(guān)報(bào)道顯示，大部分燃煤企業(yè)都存在著脫硝設(shè)備老化、脫硝技術(shù)落后的現(xiàn)象，而一些高端脫硝技術(shù)卻長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，對(duì)我國(guó)脫硝技術(shù)的發(fā)展造成很大阻力。目前，我國(guó)大部分燃煤鍋爐使用企業(yè)都采用鍋爐升級(jí)改造、低氮燃燒器改造、選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝系統(tǒng)改造、選擇性非催化還原（SNCR）煙氣脫硝工藝改造等手段來控制氮氧化物的排放量。

4 ?針對(duì)燃煤鍋爐煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用的工藝設(shè)計(jì)

通過以上相關(guān)知識(shí)的介紹，可以看出燃煤鍋爐煙氣的脫硝技術(shù)應(yīng)通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：首先對(duì)燃燒器進(jìn)行改造，通過對(duì)燃料燃燒過程控制，形成對(duì)氮氧化物生成量的有效控制和監(jiān)測(cè);其次在鍋爐設(shè)備中增設(shè)非催化還原脫硝技術(shù)裝置，使燃料產(chǎn)生的氮氧化物進(jìn)一步降低;最后增設(shè)催化還原脫硝技術(shù)裝置，形成串聯(lián)脫硝工藝，最終將氮氧化物的排放量降至最低。與單純只使用選擇性催化還原技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硝相比，這種串聯(lián)方式[2]具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）在SNCR工藝中噴入液態(tài)氨的相對(duì)位置提前，這樣一來，在脫硝的過程中，一部分未反應(yīng)的氨水溶液，經(jīng)過熱器進(jìn)入下一項(xiàng)脫硝工藝，為脫硝提供部分還原劑。

（2）當(dāng)燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣從SNCR系統(tǒng)流動(dòng)到SCR系統(tǒng)時(shí)，液態(tài)氨分布已非常均勻了，從而使SCR系統(tǒng)中的催化劑達(dá)到最高利用率，脫硝效果也可達(dá)到最高。這樣做到物盡其用，可降低成本，提高效益。

5 ?相關(guān)技術(shù)改造方案

5.1 燃燒器改造

通過對(duì)燃燒器進(jìn)行改造，不但可以減少燃燒時(shí)氮氧化物的生成，同時(shí)可對(duì)燃燒產(chǎn)生的飛灰可燃物進(jìn)行有效控制，最終達(dá)到無煙無塵的效果。改造后的燃燒器分為兩個(gè)區(qū)域，燃料在一次燃燒區(qū)因不會(huì)充分燃燒，會(huì)形成復(fù)燃料混合物，由于缺少氧氣且溫度較低，這些混合物會(huì)析出揮發(fā)分解，減少了氮氧化物的生成;這些未燃盡的炭微粒及可燃?xì)怏w會(huì)在二次燃燒[3]區(qū)域內(nèi)完全燃燒。相比較傳統(tǒng)的燃燒器，改造后的燃燒器可以減少氮氧化物的排放，同時(shí)還可避免燃燒器易燒損、鍋爐水冷壁高溫腐蝕等不良現(xiàn)象的發(fā)生，提高了鍋爐的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

5.2 選擇性非催化還原脫硝技術(shù)（SNCR）

此技術(shù)的原理就是在溫度達(dá)850℃～1150℃的煙氣中噴入氨水，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，最終將氮氧化物還原，最終生成物氮?dú)猓∟2）和水蒸氣（H2O）。其中包括還原劑（氨水）儲(chǔ)存和運(yùn)輸、還原劑的稀釋系統(tǒng)、還原劑劑量控制系統(tǒng)及還原劑噴射系統(tǒng)4部分，整個(gè)系統(tǒng)主要使用設(shè)備有輸送泵、稀釋水泵、稀釋水箱、靜態(tài)混合器、專用脫硝噴槍等。采用這種脫硝技術(shù)具有成本低、適用范圍廣等顯著優(yōu)點(diǎn)。SNCR技術(shù)的運(yùn)行效率取決于煙氣溫度、還原劑的劑量、還原劑與煙氣的混合、停留及反應(yīng)的時(shí)間等因素。在SNCR技術(shù)改造時(shí)，應(yīng)做好方案的設(shè)計(jì)工作，確保SNCR系統(tǒng)能夠良好運(yùn)行，使其達(dá)到預(yù)先設(shè)定的脫硝效果，并且確保在運(yùn)行中不會(huì)有過量的氨及其他污染物排放到空氣中。

5.3 選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SCR）

SCR脫硝技術(shù)在最近幾年來發(fā)展較快，這種技術(shù)具有無二次污染及副產(chǎn)物、置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行效率高、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用也較為廣泛。主要技術(shù)原理在于選擇性，即在燃燒的過程中利用催化劑，使氨氣優(yōu)先與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到脫硝的效果，而避免與煙氣中的氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)。當(dāng)設(shè)備完成SNCR技術(shù)改造后，對(duì)煙氣實(shí)施SCR改造，可進(jìn)一步減少氮氧化物的排放量。由于整個(gè)脫硝系統(tǒng)為串聯(lián)工藝，在SCR系統(tǒng)中所需的氨由SNCR系統(tǒng)噴射過量的氨提供，因此，在SCR系統(tǒng)中只有反應(yīng)器和檢測(cè)兩個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，在進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)改造方案。一般情況下SCR的反應(yīng)器為固定床形式，催化劑為三層模塊放置形式，檢測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)氨量進(jìn)行控制和測(cè)量，通過計(jì)算對(duì)氨量進(jìn)行分配，確保系統(tǒng)在運(yùn)行過程中無二次污染，并實(shí)時(shí)監(jiān)控氨水濃度。

SNCR與SCR串聯(lián)的脫硝工藝對(duì)于舊設(shè)備改造來說可以節(jié)省空間，使鍋爐的結(jié)構(gòu)和體積沒有任何增加，確保鍋爐的安全運(yùn)行;而以串聯(lián)的方式進(jìn)行脫硝，增加氨水的利用率，并達(dá)到較高的凈化率，是性價(jià)比較高鍋爐煙氣脫硝改造方案。

6 ?結(jié)語

我國(guó)的NOx排放量近年來呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，若不加緊治理，在未來30年內(nèi)，可能將成為世界NOx排放大國(guó)，對(duì)環(huán)境造成不可逆的影響。目前我國(guó)NOx的排放控制技術(shù)是業(yè)界研究的重點(diǎn)項(xiàng)目，相關(guān)企業(yè)應(yīng)高度重視，在選擇脫硝技術(shù)前做好技術(shù)評(píng)估，才能選擇出最適合的脫硝方案，讓脫硝技術(shù)發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

參考文獻(xiàn)

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