燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝技術研究

張迪

中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏銀川，750100

0 引言

我國社會化進程不斷發展，且我國也是燃煤大國，雖然現在不斷開發風、光等新能源，但燃煤發電的比例依然居高不下。大量的燃煤電廠在發電過程中排放高有機物含量的煙氣，煙氣中含有大量的二氧化硫和氮氧化物等，這些物質會導致區域大氣污染惡化，嚴重威脅周邊居民身體健康[1]。例如，燃煤電廠排放的煙氣內氮氧化物含量較高，如一氧化氮、二氧化氮等，其造成大氣污染的同時[2]，混合在空氣中被人們吸入肺內會引起肺水腫、支氣管炎等，情況嚴重的會造成呼吸衰竭，對人體健康危害極大。因此對燃煤電廠排放的煙氣進行脫硝處理非常有必要。就目前我國煙氣脫硝技術來說，主要是對煙氣中的污染物含量執行控制，但操作工藝復雜，成本較高，并且會對綜合性排放造成較大難度。并且在脫銷的過程中，大多數選擇尿素為還原劑，其在使用過程中脫硝效果僅能達到60%左右，無法滿足當前“綠色發展”理念。為有效降低燃煤電廠鍋爐煙氣內有機化合物的含量，對其進行脫硝處理尤為必要。為此本文研究了一種燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝技術，以期降低燃煤電廠鍋爐煙氣內有機物含量，為區域大氣污染治理提供有效途徑[1]。

1 燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝技術

文中研究煙氣脫硫脫硝協同控制技術，以完成燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝。該協同脫硝控制技術運用過程中，采用高灰型選擇催化劑作為煙氣脫硝SCR工藝的還原手段，在對催化劑使用過程中，需設定其模式，文中采用2+1的層數，即為初始完成2層安裝，并且預留一個層次。在不同工況下，完成100%煙氣量處理的目標下，完成2層催化劑的布置，在此情況下，單套脫硝裝置的脫硝率大于75%；在此基礎上，完成預留層催化劑安裝，計劃脫硝率達到87%以上。

采用液氮作為脫硝系統還原劑，完成氨的稀釋處理后，設定噴射、煙道、反應器以及催化劑蒸汽和聲波共5類系統，協同完成燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝，以國家制定的環保要求標準為依據，實現脫硝后NOX的排放濃度滿足規定標準，即不超過30mg/Nm3。

1.1 SCR反應機理

SCR法也稱選擇性催化劑還原技術，該技術是在燃煤電廠鍋爐煙氣溫度為120攝氏度至380攝氏度時，以氨氣作為還原劑，將其添加到燃煤電廠鍋爐煙氣內，使其與煙氣內的揮發物進行氧化反應后，再將反應后的煙氣排出即可實現燃煤電廠鍋爐煙氣的精準脫硝。選擇性催化劑的化學反應機理表達式如下：

公式（1）中，NO表示氧化氮分子；NH3表示氨氣；O2表示氧氣；N2表示氮氣；H2O表示水；NO2表示二氧化氮。

利用選擇性催化劑還原技術后，燃煤電廠鍋爐煙氣經過化學反應使煙氣排放達到其排放標準。且選擇性催化劑還原技術可在煙氣溫度較低或者燒結時溫度過高時均可使用[3-4]。在此使用選擇性催化劑還原技術對燃煤電廠鍋爐煙氣展開精準脫硝處理[2]。

1.2 燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝裝置設計

依據選擇性催化劑還原技術的反應機理，設計燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝裝置，其結構如圖1所示。

燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝裝置由燒結機、抽風機、機頭電除塵器、脫硫塔、煙氣換熱器、SCR脫硝反應器等構成，燃煤電廠鍋爐煙氣由燒結機產生，其利用抽風機將鍋爐煙氣抽出后，利用機頭除塵器對煙氣進行過濾處理，以去除煙氣內較大的漂浮顆粒。然后將鍋爐煙氣輸入到脫硫塔內，去除煙氣內硫離子后，再經過濕電除塵裝置再次對煙氣進行除塵處理。然后利用煙氣一次快濕裝置對鍋爐煙氣進行降溫和增加水分含量處理，并將其輸送到煙氣加熱爐A內。利用煙氣換熱器將煙氣加熱爐內的鍋爐煙氣抽出后，噴氮裝置啟動將氮氣噴入到SCR脫硝反應器內。利用該反應器調整當前氮氣溫度后，將氮氣注入到煙氣換熱器內使煙氣與氮氣發生化學反應。然后使用煙氣二次快濕裝置將反應后的鍋爐煙氣進行加濕處理，在使用煙氣加熱裝置B對煙氣再次進行加熱，煙氣經過二次快濕裝置和煙氣加熱裝置B循環后，利用增壓風機將鍋爐煙氣抽出送入排煙通道，至此即完成燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝過程[3]。

1.3 SCR催化劑參數選取

選擇性催化劑還原技術的催化劑多數以二氧化鈦作為載體，但針對燃煤電廠鍋爐煙氣的特殊性[5-6]，需選擇合理的二氧化鈦添加量方可起到精準脫硝效果。首先分析氨氣隨著選擇性催化劑吸附動力學特征變化的平衡點數值，其表達公式如下：

通過求解公式（2）和公式（3）并對其進行動力學參數回歸后，以其回歸曲線的殘差平方和最小數值作為參數，在計算二氧化鈦速率即可得到選擇性催化劑吸附動力學特征變化的平衡點數值，將該數值時的二氧化鈦數值作為選擇性催化劑還原技術應用時的添加量，即可得到較好的煙氣脫硝效果。

1.4 吸收劑噴射技術

燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝過程中，煙溫調整是其中的重要步驟，為了省略該步驟，并保證理想的脫硝效果，本文結合吸收劑噴射技術完成煙氣脫硫脫硝協同控制。吸收劑噴射技術包含兩個方面，分別為增強活性石灰-飛灰化合物（LILAC工藝）的利用和SNRB技術的引入。

在LILAC工藝使用過程中，將其和粉煤灰、石膏相融合，且該融合需按照固定的比例完成，將融合后的產物作為活性劑噴入煙道中，可實現煙道內顆粒、SO2、NOX之間發生充分的反應后，實現高效、精準的脫硫脫硝目的。該工藝在使用過程中，操作分復雜程度較低，無需大量成本的投入，并且具備良好的后期維修保障。當煙溫達到反應標準時，融合后的產物會自動和SO2、NOX發生充分的反應，無需進行煙溫調整[4]。

SNRB技術則用于布袋除塵室內，且采用脈沖式噴射完成，具備良好的脫硫、脫硝以及除塵效果。將布袋除塵室放置于省煤器和空氣預熱器中間的位置，將鈣基和鈉基兩種吸附劑放入布袋除塵室中，完成SO2的脫除；將SCR催化劑放入布袋除塵室中，同時如NH3、NO2在催化劑的影響下，發生氨反應，即完成脫除。SNRB技術應用過程中，對于燃煤電廠鍋爐的自身性能不會造成干擾和影響，并且使用過程中，所需的面積較小，在使用過程中，為了提升污染物脫除效果和效率，可采用孕育鈉基的方式完成，通過該方式完成脫硝后，能夠極大程度降低煙道中結渣和腐蝕的形成概率，可在煙溫較低的情況下使用。

2 實驗分析

以某燃煤電廠為實驗對象，該電廠共有2個鍋爐機組，分別將其標記為鍋爐A和鍋爐B，其煙氣當前排放濃度均高于大氣污染排放標準，使用本文技術對該燃煤電廠鍋爐煙氣進行脫硝處理，詳細驗證情況如下文所示。

本文技術應用過程中，測試不同脫硝時間點時，鍋爐A和鍋爐B的煙囪入口和出口的氮氧化物含量，結果如表1所示。

表1 兩個鍋爐在脫硝裝置開啟不同時間段的氮氧化物含量變化情況（mg/m3）

分析表1可知，鍋爐A煙囪入口氮氧化物含量較鍋爐B煙囪入口的氮氧化物含量稍高，但二者之間相差不大。隨著本文技術的脫硝裝置的開啟，其煙囪出口輸出的煙氣內氮氧化物含量呈現下降趨勢，當其下降到一定程度后達到平衡狀態。其中鍋爐A煙囪出口內氮氧化物含量在脫硝裝置開啟30min后其含量達到43.21mg/m3，而鍋爐B煙囪出口內氮氧化物含量在脫硝裝置開啟20min后其含量達到43.21mg/m3。從該數值得知，本文技術可有效降低不同鍋爐煙氣內的氮氧化物含量，使其在較短的時間內排放量下降至43.21mg/m3，其精準脫硝效果較好。

除上述內容之外，燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝的結果可通過脫硝效率和氨逃逸量兩個評價指標進行評價，但是在實際操作時，SCR脫硝反應器的前煙氣和氨氣之間的混合程度、速度分布均勻程度均會對兩個評價指標造成影響，只有在混合速度適宜、分布較為均勻的情況下，才可實現SCR脫硝反應器的最佳脫硝效率。因此導流板和混合器的設計合理性尤為關鍵，兩者能夠決定SCR脫硝反應器的入口的煙道的流暢程度，提升脫硝系統的應用性能[5-6]。

3 結論

本文對燃煤電廠鍋爐煙氣精準脫硝技術展開研究，并將其應用在某燃煤電廠的鍋爐排煙脫硝過程中。經過實驗驗證：本文技術具備較好的煙氣脫硝效率，可有效提升煙氣內的含氧量，以及控制煙氣內的pH值保持穩定，其具備良好的應用效果。雖然本文技術在實驗過程中取得了相當好的效果，但本文并未從設備自身的能耗角度入手進行實驗，所以無法得知煙氣脫硝裝置是否消耗過多能效。且燃煤電廠區域不同期燃煤機組容量、排煙量等均存在一定差異，在使用本文技術時，需依據燃煤電廠實際情況進行輕微調整，以達到精準脫硝目的。