淺談蔗渣鍋爐煙氣氮氧化物的處理技術

【摘要】崇左市制糖企業蔗渣鍋爐每年排放大量的氮氧化物，很多企業氮氧化物超標排放，氮氧化物減排工作壓力巨大。企業安裝煙氣脫硝裝置，降低氮氧化物排放濃度，勢在必行。企業在選擇蔗渣鍋爐煙氣氮氧化物脫硝技術時要充分考慮自身煙氣氮氧化物排放情況，鍋爐類型、結構和基礎設施以及運行成本，做好技術調研，選擇最適宜的煙氣脫硝技術。

【關鍵詞】蔗渣鍋爐；氮氧化物；脫硝；SCR；SNCR；SCR-SNCR

1、背景

廣西崇左市被譽為“中國糖都”，甘蔗種植面積超過400萬畝，是全國最大的蔗糖生產和加工基地，甘蔗是崇左市第一大經濟作物，農民增收最主要的經濟來源。甘蔗制糖也是崇左市的最重要的支柱產業，目前崇左市共有制糖企業共16家，每年用作鍋爐燃料的蔗渣約300多萬噸，可實現減少燃煤100萬噸。

同燃煤鍋爐相比，蔗渣鍋爐大大減少了二氧化硫的排放，但會排放大量的氮氧化物，根據《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）規定，采用生物質為燃料的單臺出力大于65t/h的發電鍋爐，煙氣氮氧化物的排放標準為200mg/m3，崇左市制糖企業的蔗渣鍋爐煙氣氮氧化物排放濃度大約在100-300mg/m3范圍，大部分制糖企業的煙氣氮氧化物均存在超標排放的現象。因此，制糖企業氮氧化物減排、發展蔗渣鍋爐“蔗渣低氮燃燒技術”、加快建設蔗渣鍋爐的煙氣脫硝設施，已經成為崇左市氮氧化物減排工作、提高空氣環境質量的重要舉措。

2、鍋爐煙氣氮氧化物的處理技術

2.1 選擇性催化還原技術（SCR）

選擇性催化還原技術（SCR）在世界范圍已經得到廣泛應用，NOx的脫除率可達80%-90%，是脫硝效率最高、技術最為成熟的脫硝技術。

該技術一般利用NH3做為還原劑，NOx在催化劑作用下會和NH3、O2發生還原反應，生成氮氣和水，該技術反應溫度較低，大約300-400℃之間，主要反應式為：

NOx+NH3+O2+催化劑→ N2 +H2O

該技術中NOx的脫除效率主要受反應溫度、反應時間、催化劑性能影響。催化劑費用通常占到初始投資的40%，因此，該技術運行成本很大程度上受催化劑壽命、性能的影響，催化劑的選擇及反應溫度的控制，是該技術脫硝效率高低的關鍵。

2.2 選擇性非催化還原技術（SNCR）

選擇性非催化還原技術（SNCR）是指不使用催化劑，在適合脫硝反應的“溫度窗口”（900℃-1100℃）內噴入還原劑（氨、尿素、氫氨酸）將煙氣中的NOx還原為無害的氮氣和水，該技術的脫硝效率為30%-40%，目前美國是世界上應用實例最多的國家。

采用NH3作為還原劑，主要化學反應式為：

NOx+NH3+O2 → N2 +H2O

采用尿素作為還原劑，主要化學反應式為：

（NH2）2CO → NH3 + CO

NOx+NH3+O2 → N2 +H2O

CO + NO → N2 + CO2

該技術必須在高溫的狀態下才能使用，對于溫度條件非常敏感，所以爐膛上噴入點的選擇，即溫度窗口的選擇，是該技術脫硝效率高低的關鍵。

2.3 混合SCR-SNCR煙氣脫硝技術

混合SCR-SNCR煙氣脫硝技術不是選擇性催化還原法（SCR）工藝與選擇性非催化還原法（SNCR）工藝的簡單結合，它是結合了SCR技術高效高、SNCR技術投資省的特點而發展起來的一種新型工藝。

混合SNCR-SCR技術有2個反應區，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統，首先將還原劑噴入第1個反應區—爐膛，在高溫下，還原劑與煙氣中NOX在沒有催化參與的情況下發生還原反應，實現初步脫氮。然后未反應完的還原劑進入混合工藝的第2個反應區—SCR反應器，在有催化參與的情況下進一步脫氮?；旌蟂NCR-SCR工藝最主要的改進就是省去了SCR工藝設置在煙道里的復雜的氨噴射格柵系統，并大量減少了催化劑的用量。該技術的脫硝效率可以達到80%以上。

3、三種處理技術的特點

3.1 選擇性催化還原技術（SCR）的特點

SCR技術成熟、脫硝效率高、運行可靠、便于維護。但是需要大量的金屬催化劑，需增加大型催化劑反應器、占地面積較大、投資大、運行成本高。該技術適用于煙氣NOX排放濃度較高、去除率要求高、生產規模較大或新建鍋爐的企業。

3.2 選擇性非催化還原技術（SNCR）的特點

SNCR技術工藝簡單、不需要催化劑、占地面積小、運行成本低、投資小。但是要求反應溫度高、脫硝效率較低。該技術適用于NOX排放濃度低、場地空間有限、老機組脫硝工藝改造、或者生產規模較小的企業。

3.3 混合SCR-SNCR技術的特點

該技術結合了前兩者工藝的有利特點，能有節省催化劑的施用量，降低了裝置和占地面積，脫硝效率較高、投資較少、能夠分段安裝或添加裝置。該技術適用于NOX去除率要求不高、場地空間有限、能夠分段添加設備和催化劑的企業。

4、糖廠蔗渣鍋爐煙氣脫硝的技術選擇

目前崇左市各家尚未安裝煙氣脫硝裝置的制糖企業的NOX排放濃度大約在100-300mg/m3之間，根據《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），將NOX排放濃度控制在200mg/m3以下并不難。糖廠蔗渣鍋爐爐膛溫度在850-960℃之間，煙氣出爐后，溫度很容易控制在250-500℃范圍內，完全滿足脫硝反應所需的溫度條件。

因此，對于現行的糖廠蔗渣鍋爐脫硝技術改造，選擇混合SCR-SNCR煙氣脫硝技術是可行的，在爐膛內，可采用SNCR脫硝方式，在爐膛外，可采用SCR脫硝方式；對于NOX排放濃度接近排放標準的現行糖廠，建議選擇選擇性非催化還原技術（SNCR）或者在蔗渣燃燒中段選擇“低氮燃燒技術”，都能降低NOX的排放，穩定到達《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）排放標準。

5、結語

煙氣脫硝系統的關鍵是燃燒溫度的控制、金屬催化劑的選擇以及還原劑與煙氣中NOX的混合控制。由于脫硝設施投資成本巨大，制糖企業必須控制合理的脫硝成本，積極爭取政府在技術改造、節能減排等方面的專項資金支持。

參考文獻：

[1]李曉蕓，蔡小峰.混合SNCR-SCR煙氣脫硝工藝及其應用[J].華電技術，2008，30（3）：22-25.

[2]曾建華，季彤.蔗渣鍋爐脫硝技術及運行分析[J].化工管理，2015（8）：138-139.