淺談煙氣脫硝在余熱鍋爐上的應(yīng)用

石峰++王祎凡

【摘 要】 為了響應(yīng)國(guó)家對(duì)于節(jié)能減排的號(hào)召與要求，減少工業(yè)廢氣對(duì)于生態(tài)環(huán)境的污染，越來(lái)越多的工業(yè)窯爐、鍋爐都陸續(xù)安裝了脫硝設(shè)備以去除煙氣中的氮氧化物。本文就煙氣脫硝在余熱鍋爐上的應(yīng)用展開(kāi)探討，分析了煙氣脫硝的工作原理及其工藝的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 煙氣脫硝 余熱鍋爐 SCR

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為世界上的能源消耗大國(guó)。目前煤炭仍然是我國(guó)的主要能源，廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)等大型工業(yè)中。但是，煤炭資源中一般含有硫、氮等雜質(zhì)元素，這些雜質(zhì)在燃燒后形成了二氧化硫、氮氧化物等有害氣體。這些氣體不盡會(huì)和二氧化碳一樣有著溫室效應(yīng)，其于空氣中的水化合后形成的酸雨對(duì)于地球環(huán)境有極大的破壞性。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，在保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)盡可能減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型發(fā)展戰(zhàn)略，越來(lái)越多的節(jié)能減排技術(shù)被應(yīng)用到工業(yè)鍋爐中。煙氣脫硝技術(shù)就一類應(yīng)用到鍋爐中以去除煙氣中氮氧化物的技術(shù)。

1 煙氣脫硝技術(shù)原理及類型

現(xiàn)有的脫硝技術(shù)可以分為干法和濕法兩類。濕法脫硝技術(shù)的成本高、工藝復(fù)雜并且會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物，故一般推薦采用干法脫硝技術(shù)。常用的煙氣脫硝技術(shù)有SNCR和SCR兩種類型。

1.1 SNCR脫硝技術(shù)

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，選擇性非催化氧化還原法），是利用含NHX基的還原劑在鍋爐的高溫下與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，將氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮?dú)狻Ｒ园睔釴H3為例，其具體的反應(yīng)如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

采用尿素作為還原劑時(shí)，其化學(xué)反應(yīng)為：

（NH4）2CO→2NH2+CO

NH2+NO→N2+H2O

CO+NO→N2+CO2

溫度的變化對(duì)于SNCR脫硝技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率有著顯著的影響，其最宜溫度為700℃～1100℃。當(dāng)溫度低于這個(gè)范圍時(shí)，氧化還原反應(yīng)的速度較慢，從而降低了NO的還原率；溫度過(guò)高時(shí)，氨氣的氧化成為主要反應(yīng)：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

于是還原劑變成了有害的NO，增加了煙氣中NO的含量。合理把握余熱鍋爐的溫度條件是應(yīng)用SNCR技術(shù)的關(guān)鍵。

SNCR煙氣脫硝技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無(wú)需對(duì)余熱鍋爐進(jìn)行過(guò)大的改造，只需添加氨或尿素存儲(chǔ)罐及其噴射裝置即可。由于尿素和液氨的價(jià)格都相當(dāng)?shù)土琒NCR技術(shù)需要的投資較低。整個(gè)煙氣脫硝系統(tǒng)并不需要占據(jù)太多的面積，便于安置，且煙氣脫硝過(guò)程幾乎不影響余熱鍋爐的正常運(yùn)行。通常情況下，SNCR脫硝工藝的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)35%以上，影響SNCR轉(zhuǎn)換效率的因素包括溫度、還原劑在溫度窗口的停留時(shí)間以及還原劑的類型等。停留時(shí)間越長(zhǎng)，SNCR技術(shù)的脫硝率越高。為避免還原劑過(guò)量，在應(yīng)用SNCR工藝時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整還原劑劑量，防止出現(xiàn)大量氨泄漏的問(wèn)題。

1.2 SCR脫硝技術(shù)

SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化氧化還原法），其原理是利用催化劑使還原劑與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，生成N2和H2O。與SNCR技術(shù)不同的是，SCR通過(guò)添加催化劑加快了氧化還原反應(yīng)的速度，并且降低了其需要的溫度。并且其轉(zhuǎn)換效率可以高達(dá)70%～90%。由于煙氣通常含有SO2、灰塵會(huì)影響催化劑和還原劑的物質(zhì)，為達(dá)到最佳的脫硝效果，在使用SCR技術(shù)時(shí)一般需要對(duì)煙氣進(jìn)行初步處理，過(guò)濾掉灰塵顆粒并脫硫。與SNCR技術(shù)相比，SCR的反應(yīng)溫度只要300℃～400℃，運(yùn)行更可靠，脫硝效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出；但是SCR技術(shù)需要的投資也更多，催化劑也因中毒等原因需要經(jīng)常更換，運(yùn)行成本高。

在實(shí)際應(yīng)用中，噴射進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的還原劑量通常高于理論需要的值，從而會(huì)出現(xiàn)氨泄漏的情況。盡管增加還原劑的噴入量可以提高氮氧化物的轉(zhuǎn)化率，但泄漏的氨不僅會(huì)引起催化劑中毒，對(duì)環(huán)境造成污染，并且容易與煙氣中的硫化物和水形成硫酸氫銨，造成管道的堵塞等問(wèn)題。因此，在應(yīng)用煙氣脫硝技術(shù)時(shí)，有必要對(duì)氨泄漏的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。目前，SCR技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用更為廣泛。

2 煙氣脫硝在余熱鍋爐中的應(yīng)用

2.1 舊式余熱鍋爐脫硝工藝

舊式余熱脫硝工藝中的SCR脫硝設(shè)備保持著相對(duì)較高的獨(dú)立性，其與余熱鍋爐的聯(lián)系并不緊密，僅僅是通過(guò)連接管道連通余熱鍋爐的出氣口與SCR脫硝設(shè)備的進(jìn)氣口。在這種工藝中，由于余熱鍋爐的煙氣出口溫度一般只在200℃左右，不能達(dá)到催化氧化反應(yīng)的要求。因此，在SCR脫硝設(shè)備中就需要安裝加熱裝置對(duì)已經(jīng)經(jīng)過(guò)余熱利用的煙氣進(jìn)行再加熱，待煙氣完成脫硝處理后，還需加裝冷卻器對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行降溫處理。這個(gè)額外的再加熱和冷卻過(guò)程無(wú)疑增加了整個(gè)系統(tǒng)的能耗，經(jīng)濟(jì)性不佳。

2.2 新式余熱鍋爐脫硝工藝

為了降低脫硝設(shè)備的能耗，新式余熱鍋爐脫硝工藝在以前的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的煙氣SCR脫硝工藝充分利用煙氣的本身熱量，在煙氣溫度降低至300℃～400℃時(shí)即將其引出，經(jīng)高溫電除塵器進(jìn)行除塵處理后，送入SCR煙氣處理裝置進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。待脫硝完成后，廢棄煙氣被繼續(xù)送入余熱鍋爐以利用其余熱，之后直接排入大氣中。這種SCR脫硝工藝使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，也不需要添加其他熱源，具有更好的節(jié)能減排效果。

3 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)的煙氣脫硝技術(shù)仍然有巨大的研發(fā)空間，設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成以及脫硝技術(shù)的工藝性都有待改進(jìn)和提高。未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾將日益突出，需要我們不斷努力，使SCR煙氣脫硝技術(shù)更加完善。

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