脫硝技術在糖廠蔗渣鍋爐上的應用探討

王鞠萱，陸海玲

（廣西上上糖業有限公司，廣西 防城港 538000）

0 前言

2014年7月1日起，65t/h以上鍋爐執行GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》，新標準允許煙氣氮氧化物排放濃度由原來的450mg/m3降低至200mg/m3，糖廠的65t/h以上鍋爐須執行上述排放標準。目前糖廠65t/h以上鍋爐大多無脫硝設備，根據環保部門日常監測結果，氮氧化物濃度平均約300mg/m3左右，糖廠鍋爐煙氣的氮氧化物排放濃度超出新標準限值。

2014年9月1日國家發改委、財政部、環境保護部三部委聯合下發《關于調整排污費征收標準等有關問題的通知》發改價格〔2014〕2008號?！巴ㄖ币?015年6月底前，各?。▍^、市）價格、財政和環保部門要將廢氣中的二氧化硫和氮氧化物排污費征收標準調整至不低于每污染當量1.2元（原標準為0.6元/污染當量）；排污費征收新標準與舊標準相比增加了一倍。如果企業污染物排放濃度值高于國家或地方規定的污染物排放限值，或者企業污染物排放量高于規定的排放總量指標的，按照各省（區、市）規定的征收標準加一倍征收排污費；同時存在上述兩種情況的，加二倍征收排污費。

根據《大氣污染防治法》第四十八條“違反本法規定，向大氣排放污染物超過國家和地方規定排放標準的，應當限期治理，并由所在地縣級以上地方人民政府環境保護行政主管部門處一萬元以上十萬元以下罰款。限期治理的決定權限和違反限期治理要求的行政處罰由國務院規定。”；《環境保護法》第五十九條“企業事業單位和其他生產經營者違法排放污染物，受到罰款處罰，被責令改正，拒不改正的，依法作出處罰決定的行政機關可以自責令改正之日的次日起，按照原處罰數額按日連續處罰。”；《環境保護法》第六十條“企業事業單位和其他生產經營者超過污染物排放標準或者超過重點污染物排放總量控制指標排放污染物的，縣級以上人民政府環境保護主管部門可以責令其采取限制生產、停產整治等措施；情節嚴重的，報經有批準權的人民政府批準，責令停業、關閉。”；《環境保護主管部門實施限制生產、停產整治辦法》（環境保護部令第30號）第五條“排污者超過污染物排放標準或者超過重點污染物日最高允許排放總量控制指標的，環境保護主管部門可以責令其采取限制生產措施?！薄ｅ仩t煙氣污染物超標排放，糖廠會存在超標排污面臨行政罰款、高額繳納排污費、按日記罰高額罰款等處罰，甚至被政府部門責令限制生產、停產整改的風險。

綜上所述，糖廠為蔗渣鍋爐找到一種適用的脫硝技術，已迫在眉睫。

1 幾種脫硝技術比較

目前國內外對鍋爐煙氣中NOX的脫除辦法主要有如下三種：一是爐內脫硝法SNCR；二是爐外脫硝法SCR；三是組合法SNCR+SCR。三種方案各有優缺點。

第一，爐內脫硝法SNCR投資費用較小，脫除效率通常為60%，常采用于低要求脫除效率的鍋爐中。

第二，爐外脫硝法SCR效率較高，通常能達90%，但投資費用高，占地面積大。

第三，組合法SNCR+SCR組合法是一種新型的鍋爐脫硝辦法，NOX的脫除效率能達到SCR的水平，因其為兩階段脫硝，相比SCR而言催化劑使用量減少，投資費用大大減低，當然相比SNCR還是較高。

而蔗渣鍋爐屬于小容量鍋爐，且其NOX原始濃度較低，只有220 mg/m3左右，只要達到60%脫除效率，就可保證達標排放，故投資較少的爐內脫硝法SNCR，是蔗渣鍋爐的最佳選擇。

2 SNCR爐內脫硝法在蔗渣鍋爐上的應用

在SNCR技術設計和應用中，影響脫硝效果的主要因素包括：

一是溫度范圍。

NOx的還原反應發生在一特定的溫度范圍內（最佳的反應溫度850℃～1100℃）。

二是合適的溫度范圍內可以停留的時間。

停留時間：指反應物在反應器內停留的總時間；在此時間內，NH3、尿素等還原劑與煙氣的混合、水的蒸發、還原劑的分解和NOx的還原等步驟必須完成；停留時間的大小取決于鍋爐的氣路的尺寸和煙氣流經鍋爐氣路的氣速；SNCR系統中，停留時間一般為0.001s～10s。

三是反應劑和煙氣混合的程度。

混合程度：要發生還原反應，還原劑必須與煙氣分散和混合均勻；混合程度取決于鍋爐的形狀與氣流通過鍋爐的方式。

四是NH3/NOx摩爾比（化學當量比）。

五是未控制的NOx濃度水平。

六是氣氛（氧量、一氧化碳濃度）的影響。

七是氮劑類型和狀態。

八是添加劑的作用。

蔗渣鍋爐的燃燒工況與燃煤鍋爐相比，有著明顯的不同。最主要的特點是爐膛溫度嚴重偏離NOx的還原反應最佳的反應溫度。

蔗渣鍋爐的出口溫度一般只有600～750℃，不在正常的SNCR脫硝溫度范圍，這對于普通的SNCR技術來說要達到高效率的脫硝效果并保證足夠低的氨逃逸來防止尾部受熱腐蝕堵塞是非常困難的。

對此應考慮采取以下措施來實現低溫蔗渣爐高效脫硝。

第一，多層次布置噴槍，隨著鍋爐負荷和爐膛溫度的變動，根據預設程序自動分級停止和啟動噴槍，使得爐內脫硝還原反應始終處于高效狀態。

第二，根據鍋爐負荷的高低、煙氣速度的快慢及NOX的濃度，系統自動控制噴射形狀、射程和還原劑液滴大小，從而控制還原劑的最佳反應時間。

第三，還原區域由傳統的爐膛出口改下移至溫度較高爐膛中部。

第四，在必要的時候在還原劑中少量添加特殊的化學添加劑，調控潛在副產物的產生，利于在更大的溫度范圍內可降低NOx。

3 還原劑的選擇

脫硝通常使用的還原劑有液氨、氨水和尿素，其性能優缺點見下表1。

表1 液氨、氨水、尿素各性能情況表

續表

從表1可以看出，三種還原劑中，液氨運行消耗費用最低，投資、運輸和使用費用較低，但液氨屬于危險品，必須有嚴格的安全保證和防火措施，其運輸和儲存涉及到很多法規和勞動衛生標準；氨水運行消耗費用最高，運輸體積龐大，運輸和儲存費用最高，同時也涉及到部分法規和勞動衛生標準；尿素運行消耗費用接近液氨，算是比較經濟，是一種安全的顆粒狀農業肥料，無運輸和儲存問題，初期投資也少，是一種值得推廣使用的還原劑。

4 SNCR爐內脫硝法工藝流程

Urea（尿素溶液）SNCR的基本反應式如下：

2CO（NH2）2+4NO+O2→4N2+2CO2+4H2O

影響脫硝效率的重要因素是燃燒溫度和還原劑的噴射效果，氮氧化物還原反應是溫度和時間為主要因素的還原反應，最佳溫度范圍以外副產物排放有所增加，最佳溫度范圍以外還原劑使用效率有所減少，因為使用設備的不同，最佳溫度范圍也會有所不同。

工藝流程見下圖1。

5 爐內脫硝法SNCR的設備配置

SNCR爐內脫硝系統中，按流程配置有還原劑制備存儲設施、循環模塊、稀釋模塊、計量模塊、分配模塊和噴射模塊，工藝和控制用的壓縮空氣需有設備提供，還原劑制備和稀釋模塊所用的溶解稀釋水取用制糖生產中的I效汽凝水。

還原劑制備存儲設施由不銹鋼攪拌罐、不銹鋼輸送泵、不銹鋼還原劑儲罐用配套管道閥門組成，因工藝需要及防止還原劑低溫溶解度變小而出現沉淀，還原劑儲罐外圍進行保溫，保證溶液溫度在30～50℃范圍內，考慮到還原劑長期放置溫度下降及減少投資，還原劑儲罐容積設計為三天使用的儲量，根據前一天的用量每天定時進行一次尿素溶液制備補充。

循環模塊和稀釋模塊全稱還原劑循環供應模塊，模塊使尿素（40%）溶液、稀釋水在各自儲罐和各臺機的計量模塊之間進行循環。循環模塊主要由兩臺高揚程低流量的多級不銹鋼立式循環水泵（一用一備）及相關配套控制閥門管路組成，通過返程的壓力控制閥的自動調節，保證各計量模塊進口還原劑總管還原劑的壓力恒定。稀釋模塊主要由一個稀釋水箱、2臺高揚程低流量的多級不銹鋼立式稀釋水泵（一用一備）及相關配套控制閥門管路組成，同樣通過返程的壓力控制閥的自動調節，保證各計量模塊稀釋水進口總管還原劑的壓力恒定。

此外還需配套一組計量模塊，每組計量模塊有兩個支路，運行時根據鍋爐負荷的變化、爐溫、NOX濃度等實時參數通過預設程序控制還原劑的噴射量。

圖1 SNCR爐內脫硝工藝流程圖

分配模塊設在計量模塊與噴槍裝置之間，負責調配各層噴槍的還原劑噴射量，配套三組分配模塊，分別負責根據鍋爐負荷的變化而按預設程序自動調配三層噴槍的還原劑輸送。

控制系統采用智能化的DCS系統，配兩臺實時監控電腦及相關的打印設備，SNCR脫硝自動控制軟件能實現循環模塊、稀釋模塊、計量模塊、分配模塊和噴射模塊有機組合，在60%～100%負荷范圍內伴隨鍋爐實時工況有預判全自動調控脫硝系統的工作，保證鍋爐達標排放?？刂葡到y設手動和自動兩種相互切換的操作方式。

脫硝技術在大型燃煤裝置上已廣泛應用，且技術成熟。但在蔗渣鍋爐上應用還處在起步階段，至2014/2015年榨季全國僅有廣西羅城糖廠、香山糖廠、東江糖廠、貴港糖廠投入脫硝裝置試運行。本文針對蔗渣鍋爐的特性對SNCR爐內脫硝法在蔗渣鍋爐上的應用進行進一步探討，希望有助于糖廠蔗渣鍋爐脫硝工作的開展。

［1］ 李宏偉.鍋爐脫硝效率影響因素的實驗研究，《電站系統工程》，2008.

［2］ 侯祥松.影響選擇性非催化還原脫硝效率的因素分析，《中國動力工程學會青年學生年會》，2005.

［3］ 丁睿彬.SNCR法脫硝工藝影響因素的初步探討， 《科技資訊》，2010.