煤氣發電兩種脫硫脫硝技術的實踐分析

郭 軍，胥海江，張鑫宇，祁艷瑩，王 欣，孟繁彬

（河鋼唐鋼公司動力部，河北唐山 063000）

1 概述

煤氣的化學成分主要元素有碳、氮、硫等，燃燒過程中會產生多種危害環境的有毒有害氣體，同時，還會向大氣排放含有礦物質微粒的煙氣，對環境造成污染。為解決該污染，脫硫脫硝技術技術開始發展、成熟，并得到了廣泛應用［1］。

唐鋼新區煤氣發電目前有3 臺燃氣鍋爐，分別為一期的2 臺260 t∕h 燃氣鍋爐和二期的1 臺330 t∕h燃氣鍋爐，260 t∕h 燃氣鍋爐采用的是選擇性非催化還原法（SNCR）+固定床脫硫脫硝技術，330 t∕h 燃氣鍋爐采用的是選擇性催化還原法（SCR）+小蘇打干法（SDS）+布袋除塵脫硫脫硝技術。為確定兩種脫硫脫硝工藝的經濟性和實用性，結合現場實際運行情況對兩種技術進行分析比較。

2 系統介紹

2.1 SNCR+固定床脫硫脫硝技術

260 t∕h 燃氣鍋爐采用SNCR+固定床脫硫脫硝技術，工藝流程圖見圖1，其中固定床脫硫脫硝包括干法脫硫技術和干法低溫無氨催化脫硝技術，布置在高溫超高壓機組煙囪和煙道兩側。該煙氣凈化系統處理后的達標煙氣，經煙囪排入大氣。固態脫硝劑和固態脫硫劑一般不受煙氣溫度和含水量的限制和影響。SNCR 脫硝技術利用還原劑高效氨氮化合物對煙氣中的NOx 進行選擇性的非催化還原，將NOx 轉化為N2［2］。SNCR 脫硝技術工程量小、工藝簡單，只需將氨水或尿素等還原劑制備好后，噴入鍋爐相應的溫度區間內進行脫硝反應。

圖1 SNCR+固定床脫硫脫硝系統工藝流程圖

2.1.1 干法脫硫技術

干法脫硫技術是采用氧化催化劑將煙氣中的SO2先氧化成為SO3，然后被Ca（OH）2吸收生成CaSO4的技術。

該技術在工程上是采取類固定床技術（或間歇式移動床），將堿（石灰、氫氧化鎂等）與催化劑的成型顆粒裝于脫硫反應器中，待煙氣流過時，先將其所含的SO2氧化成為SO3后，被Ca（OH）2反應固化成為CaSO4（石膏）固體。整個過程不使用水，亦不產生廢水。操作控制過程簡單，對于短時間內煙氣條件的一些波動不敏感，幾乎適于所有的煙氣條件。

2.1.2 干法低溫無氨催化脫硝技術

干法低溫無氨催化脫硝技術不使用氨氣，是采取催化劑脫硝而不是氧化劑化學反應脫硝的技術。

如果煙氣中沒有CO 或其含量不足，則NO2可以被堿吸收，反應生成NO 繼續重復上述氧化反應，反應式如下：

脫硝催化劑系列為高效復合氧化催化劑，無毒無二次污染，可以在較寬和較低的溫度范圍內（300 ℃以下）將NO 氧化為NO2，能有效去除煙氣中的NOx。過程簡單操作方便，投資運行成本均較低。由于不使用氨氣，無安全隱患。

干法低溫無氮催化脫硝對于短時間內煙氣條件的一些波動不敏感，幾乎適于所有的煙氣條件。

2.1.3 SNCR脫硝技術

選擇性非催化還原（SNCR）技術是在煙氣溫度800～1 050 ℃，氧氣共存條件下，向爐膛中直接加入脫硝劑，將NOx還原成N2和H2O的方法。

由于煤氣鍋爐溫度分布波動較大，因此，在鍋爐不同高度上布置5 層共21 個噴射點，通過連續檢測脫硝煙氣的含量和鍋爐溫度的變化，調整反應物的分布和使用量。

2.2 SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術

330 t∕h 燃氣鍋爐采用SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術，工藝流程圖見圖2。SDS脫硫工藝稱小蘇打干法脫硫工藝，采用國外先進干法脫硫——鈉基干法脫硫除塵一體化技術（簡稱鈉基干法），SCR 脫硝技術采用選擇性催化還原技術，系統主要包括SCR反應器系統、氨混合噴射系統、氨水汽化系統和壓縮空氣吹掃系統［3］。

圖2 SCR+SDS+布袋除塵脫硫系統工藝流程圖

2.2.1 SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術

將研磨后粒徑為800 目以下的小蘇打（NaHCO3）超細粉噴入鈉基干法反應器內，NaHCO3超細粉在高溫煙氣的作用下分解出高活性Na2CO3和CO2，Na2CO3與煙氣中的SO2及其他酸性介質充分接觸后發生化學反應，被吸收凈化。脫硫后的粉狀顆粒產物隨煙氣進入布袋除塵器進行除塵，凈化后煙氣通過原煙囪排放。

主要反應：2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2

副反應：SO3+Na2CO3=Na2SO4+CO2

由于鍋爐長時間處于滿負荷生產運行，因此，對布袋除塵器設計要求較高，布袋除塵器濾袋使用壽命應不低于3 年，且布袋除塵器最大煙氣處理能力滿足鍋爐最大蒸發量工況要求。

2.2.2 SCR脫硝技術

系統采用的選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術采用的脫硝還原劑有效成份為NH3。

脫硝反應一般在300～420 ℃范圍內進行，此時催化劑活性最大。

3 項目運行成本與應用效果

3.1 運行成本

3.1.1 SNCR+固定床脫硫脫硝工藝

煤氣發電一期260 t∕h 燃氣鍋爐固定床脫硫脫硝工藝為了保證脫硫脫硝效果和藥劑的有效性，每年需要進行藥劑更換，每年需要采購固定床脫硫劑2 000 t，費用大約是1 200 萬元；固定床脫硝劑2 000 t，費用大約是3 700 萬元。SNCR 液態脫硝劑噴藥量大約每天50 t，年費用大約是4 100 萬元。

3.1.2 SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝工藝

煤氣發電二期330 t∕h 燃氣鍋爐脫硫脫硝工藝脫硫藥劑小蘇打每天大約需要消耗1.5 t，年費用大約是165 萬元；脫硝劑氨水每天大約需消耗2 t，年費用大約是100 萬元。為了保證脫硫脫硝效果穩定，布袋和催化劑大約每3年進行一次更換，催化劑更換費用大約是110 萬元，布袋更換費用大約是180 萬元。

3.2 應用效果

觀察兩系統2022 年1～12 月份實際運行情況，年度氮氧化物、二氧化硫數據匯總見圖3、圖4。

圖3 氮氧化物折算值趨勢圖

圖4 二氧化硫折算值趨勢圖

由圖3可知，煤氣發電二期SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術較煤氣發電一期SNCR+固定床脫硫脫硝技術具有更高的脫硝效率。通過日常運行觀察，SNCR+固定床脫硫脫硝技術氮氧化物波動性較大，鍋爐操作較頻繁；SNCR 脫硝噴藥量大，機組穩定性較差。

由圖4 可知，煤氣發電一期SNCR+固定床脫硫脫硝技術具有更高的脫硫效率，但通過日常調控發現煤氣發電二期SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術調控性更高，能及時通過調整碳酸氫鈉的加藥量控制二氧化硫煙氣排放指標，機組穩定性較高，但固廢產生量大，需定期清理固廢。

4 結論

通過一年多對唐鋼新區煤氣發電兩種脫硫脫硝技術從脫硫脫硝效率、生產運行維護成本、機組運行穩定性方面實踐分析發現：SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術相比于SNCR+固定床脫硫脫硝技術具有更高的脫硝效率，雖脫硫效率較低，但可調控性強，能在保證煙氣排放指標穩定達標的前提下，通過調整碳酸氫鈉、氨水藥劑的噴入量，節約生產成本。SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝不需要每年定期對固定床脫硫脫硝藥劑進行更換，極大降低了藥劑運行維護成本，且煙氣排放指標更加穩定，發電機組能長時間保持高負荷運行。

綜合分析，SCR+SDS+布袋除塵脫硫脫硝技術更適合唐鋼新區目前生產運營模式，經濟性和實用性更高，這一研究為后續煤氣發電一期SNCR+固定床脫硫脫硝技術的改造和新發電機組的籌建提供了有效的數據支撐。