高分子脫硝設備的優化設計與應用

＊徐文哲 李鐵林 魏鋼 陳旭鋒

（1.唐山環境監控中心 河北 063000 2.唐山旭陽機械設備有限公司 河北 063000 3.河北省唐山生態環境監測中心 河北 063000）

煙氣高分子的脫硝設備技術主要是通過氧化、還原和吸附的反應對其進行脫離。主要將其分為濕法和干法，干法煙氣脫硝法主要核心是采用氧化的方式將NO轉化為NO2，然后采用吸收劑將氧化的NO2吸收掉；濕法煙氣脫硝法主要操作方法有兩種，第一種是采用現有的燃煤鍋爐對已經安裝完成的煙氣進行脫硫，再進行適當的改造和調整方式，對煙氣中產生的NO2起到脫離的作用；第二種主要是采用直接的濕洗法將硫進行洗滌脫除，這種方式主要需要裝備將NO氧化為NO2的設備，這種方式能夠高效的將煙氣進行脫硝，但是操作過程繁瑣復雜，會給水源造成大量的污染，因此不建議采用。干法煙氣脫硝法是目前應該最為廣泛且具有各方面優勢的技術之一，其中主要采用催化劑對NO2進行還原反應。

1.煙氣脫硝系統概況

在鍋爐置放煙道的地方進行煙氣脫硫裝置的安裝，采用這種裝置，能夠有效的將NO還原為無害氣體氮氣，降低對環境的污染，選擇性非催化還原和選擇性催化還原，這兩種技術主要是脫硝的主要方式。

(1)選擇性催化還原法(SCR)

主要工藝為將還原劑通過內置的催化劑，產生催化反應，將其稀釋后產生反應從而生成氮氣和水，通過上述反應對煙氣起到脫硝的作用，其主要裝置為催化劑、噴射系統和儲存系統等組成。對于剛安裝的催化劑，采用選擇性催化還原法能夠對NOX進行高效的脫除，但隨著時間的延長和反應的變化，除塵系統和爐體會受到嚴重的損壞和腐蝕情況，導致煙道受到堵塞，從而降低脫硝工作的工作效率和設備的效能。采用SCR脫硝技術進行脫硝，會使催化劑的成分長期處于一種高灰塵的狀態，會使催化劑的作用降低和時長增加，所以使用CFB鍋爐會給SCR的實行和運行造成一定的難度。

(2)選擇性非催化脫硝法(SNCR)

在對高分子的脫硝時，催化劑的使用率和時長會影響到脫硝反應的效果和成本的消耗。SNCR在操作中具有一定的益處，能夠不需要添加額外的催化劑。SNCR主要是在室燃爐中進行，在室內時，煙氣會受到流動不順暢的影響，會使溫度開始下降，在溫度到達700℃時，脫硝反應會受到影響。在CFB鍋爐出口之前，其中的燃燒反應會在這個環境內基本完成，煙氣中的氧氣含量開始趨于穩定狀態，確保煙氣的停留時間能夠保持在2～3秒，在這個時間范圍內能夠確保SNCR的反應作用能夠穩定運作。

2.高分子脫硝設備現狀存在的問題分析

現實應用中大多采用氣力直接噴射方式容易造成氧含量超標，通常是將10%～25%的范圍內的尿素溶液噴進爐中，而且在爐膛高溫下噴嘴出現燒損脫硝劑板結堵塞，影響脫硝設備的正常運轉，但此工藝存在一定的劣勢。

（1）被稀釋過后的尿素溶液在噴入爐內時，會導致爐內帶入大量的水分。大量的水分在爐內會產生蒸發反應，導致爐內的溫度隨之下降，降低爐內反應的效率和換熱反應。與此同時，大量的水分在冷凝后會導致爐內的設備和除塵系統受到水分的影響，產生腐蝕和損壞現象，從而導致煙道和布袋受到堵塞。（2）在進行低負荷狀態工作時，爐內的溫度較低，溫度較低不利于SNCR的工作和反應，導致脫硝工作受到影響，工作效率大大下降。（3）尿素被制成溶液的工藝操作環境復雜，成本較大。

3.煙氣高分子脫硝優化設計

(1)SNCR脫硝工藝流程

目前SNCR的進行煙氣脫硝的主要流程為：

圖1 SNCR工藝流程圖

SNCR的運行工藝需要采用利用二級料倉降低空氣量，采用適量氣流噴射降低氧含量，其中還需要對尿素的溶解增加溶解系統，確保尿素能夠在溶解區域內充分溶解，降低爐內的溫度。建造一個料倉來儲放尿素脫硝劑，尿素的儲存罐應該要確保整個脫硝的含量，支管上設有卸料閥組控制脫硝劑的供給量。確保整個脫硝的系統和環節能夠穩定的進行。利用爐體原有結構，在爐膛溫度正好處于NH3脫硝效率最佳的溫度區間，將固體高分子脫硝劑直接較為均勻送入爐膛熱解，作為還原劑實現脫硝功能；將有效降低脫硝成本，推進脫銷工程的可行性和實用性。利用高壓風將固體高分子脫硝劑在脫銷溫度最佳區間較為均勻的播撒進入爐膛高溫區域熱解，實現爐內煙氣脫硝。使尿素能夠與煙氣均勻混合，確保脫硝工作的順利進行，提高尿素的使用率和效率，減少浪費問題。

(2)控制系統

采用單獨的DCS系統對脫硝裝置進行控制和管理，在鍋爐中也需要加入控制系統，通過工藝技術的管理和調節，使其能夠形成自動便捷的操控系統，對其脫硝反應進行控制。將還原劑的儲存系統和供應系統結合在一起，設置為一個主要的操控室，在對機器操控進行控制時，要確保操作員能夠對監控系統進行實時的監控，確保通訊系統能夠正常穩定的運作，出現異常時能夠及時的調整的調節，確保工作人員能夠對系統進行處理和修復情況，且運行人員還需要對控制室和控制系統進行定期的檢查和維護，確保能夠正常穩定的運作。

(3)還原劑溶解與儲存系統

工程運作中的尿素溶液溶解和儲存系統主要包含了溶解池和二級料倉和閥門的供給量開關等。尿素的儲存罐料倉安放了呼吸閥，可以對其中的壓力進行釋放和調節，當其中的壓力過大，可以打開起到降低壓力的作用，壓力過低會吸入空氣確保能夠正常工作。其中還配有壓力表、溫度儀等裝置，能夠確保信號的穩定和安全運轉，便于脫硝控制系統能夠對其進行調節和控制。罐內的排氣管道部分可以當作液體過滿留出對管道，在其超出流出后，尿素的溶液可以留回到溶解池內，其中還設置梯子和通風孔等部分裝置，排污管道可以對設備進行檢查和清洗時將尿素溶液排出到溶解池中。

(4)煙氣分析儀系統

在每一臺的鍋爐的尾部出口部分安裝煙氣的分析測試裝備，便于對NOX等煙氣部分進行檢測和評估，且在下級的省煤器部分和上級的空間預留器部分設置對氨氣對逃逸檢測裝置，通過對其進行檢測和分析，對逃逸的含量進行檢測，再通過信息數據進入系統后，采用DCS系統對其進行監控和計算，在系統內實現對還原劑的含量監控和調節。

(5)工藝設計中涉及的節能措施

①采用一二級技術的結合運用，通過技術的結合運用起到降低NOX的排放量和濃度范圍。②采用SNCR脫硝技術對高分子進行脫硝具有便捷性，提高脫硝的工作效率。③通過CFD的對數值的模擬情況和物理模型的計算對其操作過程優化和計算，從而起到優化脫硝工作的作用和降低操作時長和繁瑣的意義。④對輸送系統的管線進行合理的控制和管理，起到在運輸管道中對運輸產生的阻礙和對泵的浪費現象。⑤通過蒸汽的方式對脫硝工作中產生的吸熱反應進行調整和控制，確保熱能穩定供應，降低能源的浪費和消耗。

4.討論

通過對上述的優化設計，本技術對爐膛的直接加固體高分子脫硝劑爐內熱解裝置與現有尿素溶液SNCR脫銷裝置具有一定的優勢：（1）操作環節簡便，對工藝設計合理，設備減少和成本降低；（2）系統的運行成本較低，熱效率影響效果較小，水和電的消耗較低，采用固體高分子進行脫硝，可以避免水分蒸發所引起的效率降低和對除塵系統的損害；（3）系統控制系統對爐膛內的NOX污染物進行實時的監控，對脫硝劑的使用量進行控制和管理，減少浪費和氨逃逸造成的二次污染。便于對其進行自動化管理和控制。與此同時結合煙氣再循環方式控制空氣指數，降低氮氧化物的產生環境，提高低成本和高效率的脫硝工作。