燃煤電廠鍋爐脫硝問題及改造探究

李 億

身份證號碼：130627198601280633

燃煤電廠鍋爐脫硝問題及改造探究

李 億

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煤炭在我國能源結構中占有的比例超過了70%，并且這一情況在很長一段時間內不會改變。燃煤會產生SO2和NOx等一系列大氣污染物，進而引發酸雨和光化學煙霧等環境問題。雖然我國已經順利達到了SO2的減排目標，但是我國的酸雨污染并沒有明顯的好轉，并且正在由傳統的硫酸型向硫酸/硝酸復合型轉換。所以強化燃煤電廠鍋爐脫硝問題改造刻不容緩。基于此，本文將著重分析探討燃煤電廠鍋爐脫硝技術手及改造，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

燃煤電廠；鍋爐脫硝；技術；改造

1 燃煤電廠鍋爐脫硝技術分析

1.1 低NOx燃燒技術

1)低過量空氣燃燒技術。該技術是優化燃燒裝置，降低氮氧化物生產量的有效途徑，這項技術不需對燃燒裝置進行結構改造，在盡可能降低NOx排放量的同時，提高裝置運行的經濟性。2)低氮燃燒器技術。該技術的最大特點是在燃燒器的出口實現分級送風以及和燃料之間比例的合理，實現抑制NOx產生的目的。3)空氣分級燃燒技術。空氣分級燃燒技術主要是控制空氣跟煤粉之間混合的一個過程，將燃燒所需的空氣逐級送入到燃燒火焰中，讓煤粉顆粒在燃燒初期實現低氧燃燒，降低了氮氧化物的排放。分級燃燒技術主要有垂直分級和水平分級兩種。4)燃料分級技術。該燃燒技術可以將燃燒分成了主燃燒區再燃燒區以及燃盡區三個區域。5)煙氣再循環技術。該技術主要利用低氧和溫度較低的特點，從省煤氣出口抽出部分的煙氣，將其加入到二次或者一次風中，然后將在循環噴入爐膛中合適的位置，降低局部的溫度和形成局部還原性氣氛，有效抑制NOx的生成。

1.2 SCR工藝技術

SCR法即為選擇性催化還原法。選擇SCR工藝技術主要具有以下幾個方面的優點：一是發生反應的溫度較低，一般只需300℃-450℃即可；二是SCR工藝技術的脫硝率高，能夠達到80%以上；三是SCR工藝設備運行可靠性高；四是經SCR工藝還原的氮氣不會造成二次污染；而SCR工藝技術也存在一些不容忽視的缺點：如煙氣的成分比較復雜，其中含有一些成分能夠導致重度和高分散的粉塵微粒能夠覆蓋催化劑的表、降低催化劑的活性、SCR工藝的設備成本和運行費用較高。

1.3 SNC R脫硝技術

在溫度為850～1250℃范圍內無催化劑條件下，氨或尿素等氨基脫硝劑可選擇性地把煙氣中的NO還原為N2和H2O。該方法是以爐膛為反應器。脫硝劑噴入爐膛的這一狹窄的溫度范圍內，無催化劑作用下，尿素的氨基脫硝劑可選擇性地還原煙氣中的NO，與煙氣中的O2基本不發生反應。NO在煙氣NOx中的含量約在90%以上，所以尿素溶液還原NO的主要反應為：

2NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+2H2O

(見表1)

由于爐內低氮燃燒技術的局限性，對于燃煤鍋爐，雖然采用改進燃燒技術可以達到一定的脫除Nox 效果，但脫除率一般不超過60 % ， Nox 的排放仍不能達到令人滿意的程度。為了進一步降低Nox 排放，必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。目前工業上應用的爐后脫硝可分為選擇性非催化還原法(SNCR)，選擇性催化還原法(SCR)。

2 SCR法技術應用及改造

2.1 還原劑耗量

優化由于還原劑的費用占脫硝運行成本的比例較大，通過減少還原劑的消耗量可以有效地降低脫硝運行成本，脫硝裝置還原劑大多為液氨而在煙氣脫硝裝置中氨的擴散、氨與 NOx 的混合和分布效果是影響煙氣脫硝效率和避免氨逃逸的關鍵因素之一，為了避免高的氨逃逸提高系統脫硝率，要求煙氣氣流和氨濃度分布均勻，可以通過加裝導流板來提高煙氣速度場和還原劑濃度場的均勻性，這樣不會增加反應器內部的壓降整流格柵還可以優化進入首層催化劑的氣流方向，使煙氣垂直進入催化劑層，另外還可以根據實際運行工況對系統的噴氨量進行調整，在濃度高的區域增加噴氨量濃度低區域減少噴氨量。

表1 兩種脫硝工藝對比

2.2 吹灰系統優化

反應過程中會生成化合物硫酸氫氨和硫酸銨具有粘性的細小顆粒，引起催化劑表面鈍化，即導致催化劑活性降低。這時需要吹灰系統來保證脫硝系統的安全穩定運行，根據 SCR 反應器內的煙氣成分和催化劑的性質。目前普遍應用的是聲波和蒸汽 2 種吹灰器，當催化劑表面沉積灰塵較小時，蒸汽吹灰器和聲波吹掃的效果是等同的；當催化劑表面沉積灰塵量較多時，采用蒸汽吹灰效率更高。因此，對于灰分高的 SCR 項目， 應優先考慮使用蒸汽式吹灰器 ，同時應根據 SCR 裝置實際積灰特征選擇具體的吹灰方式，另外，無論是否噴氨，在鍋爐引風機運行后，應將吹灰系統投入運行。

2.3 催化劑的維護優化

催化劑的正常工作溫度為 300～450℃，只有當煙氣溫度在此范圍內時，催化劑才能正常工作。當條件變化時就會導致催化劑失活，催化劑的失活是一個復雜的物理和化學過程。包括：沾污、孔堵塞、中毒和熱燒結等。其中，當運行溫度過高時，催化劑在長期使用過程中出現微晶結構變化而造成燒結的現象，催化劑的燒結會導致催化劑比表面積的喪失，從而使催化劑的脫硝活性下降。因此，必須嚴格控制催化劑的反應溫度，尤其是在機組啟停階段，同時在設計時根據鍋爐設計與燃用煤種。SCR 反應塔的布置、SCR 入口的煙氣溫度、煙氣流速與NO濃度分布以及設計脫硝效率， 允許的氨逃逸量與催化劑使用壽命保證值等因素確定。

總而言之，燃煤電廠煙氣中排放的SO2和氮氧化物是造成酸雨和光化學煙霧的最主要的污染物。隨著我國“十三五”規劃中對大氣污染物減排目標的提出，煙氣脫硫脫硝技術要求更高的效率和更低的能耗。這就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現進一步研究探討。

[1]張大川，任登敏.燃煤電廠鍋爐脫硝問題及改造探究[A].中國能源學會.2015火力發電節能改造現狀與發展趨勢技術交流會論文集[C].中國能源學會：，2015：4.

[2]張大川，任登敏.燃煤電廠鍋爐脫硝問題及改造探究[J].江蘇科技信息，2015，26：68-69.

[3]鄧華立.135MW燃煤鍋爐中SCR脫硝研究[D].華南理工大學，2015.