循環流化床鍋爐超凈排放煙氣脫硝技術改造探討

摘要：火電廠工作的過程中會產生大量NOx對大氣造成污染，這些氮氧化物的排放嚴重污染了大氣。目前循環流化床鍋爐僅生產過程中就將NOx降低到150～350㎎/m3，但面對日益嚴格的環保要求，其自身具備的低污染特點不足以滿足要求。文章對循環流化床鍋爐超凈排放煙氣脫硝技術改造進行了探討。

關鍵詞：循環硫化床鍋爐；煙氣脫硝技術；超凈排放；火電廠；氮氧化物 文獻標識碼：A

中圖分類號：X701 文章編號：1009-2374（2016）07-0032-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.016

由于循環流化床具有燃燒效率高、排放低、污染小、運行安全、成本少等重要優點，被國內外廣泛應用。根據最新發布的《火電廠大氣污染排放標準》，舊有的循環流化床鍋爐達不到新標準的環保指標。針對這個問題，本文對現有循環硫化床鍋爐技術中的不足之處進行探討，提出了如下改造方案：采用SNCR/SCR結合使用的工藝脫硝技術。結合使用后，大大提高了氮氧化物的脫除效率，最終可以滿足新環保標準的要求。

1 循環硫化床鍋爐技術概述

面對日益嚴格的環保需求，需對循環流化床鍋爐采用脫硝手段，降低NOx排放需要從兩方面開始：（1）從來源上控制NOx的產生，即改進NOx燃燒技術；（2）NOx已經生成，需要改造這種對大氣造成污染的物質，就要用到煙氣脫硝技術。循環流化床鍋爐具有低污染、低成本、低消耗的特點，是降低NOx的首選技術。

2 選擇合適的循環流化床鍋爐的脫硝工藝

目前被廣泛應用過的脫硝技術有許多種，但技術相對成熟的就是SNCR與SCR技術。下文對這兩種技術和兩種技術的組合及其優缺點進行詳細探究。

2.1 選擇性非催化還原法（SNCR）技術

在溫度達到800℃～1200℃的環境煙氣中加入含氮反應劑，會將NOx還原成水和氮氣，沒有其他新的污染物產生。SNCR脫硝工藝在實驗室里NOx脫出率高達90%；而在生產中的大型鍋爐上，短期生產運行能達到75%的脫出率；長期生產過程中一般能達到25%～40%。這種工藝具有還原劑來源廣泛、造價和運行成本低、操作簡單、工藝成熟的特征，此外它還有依賴溫度的問題，但是使用循環流化床鍋爐剛好解決其對溫度的需求這一問題。此外，由于循環流化床鍋爐本身就具備低NOx燃燒的優越性能，在此前提下選擇造價費用低、運行費用低的SNCR技術，可達到把NOx濃度降至100㎎N/m3以下甚至更低的目的。

2.2 選擇性催化還原法（SCR）技術

SCR和SNCR的化學原理是相同的，只是SNCR比SCR多添加了催化劑，因此需要配備催化系統。在加入了催化劑的條件下，只需溫度范圍在200℃～400℃的環境便可脫出NOx，這種溫度條件下反應的好處就是，還原氮劑不會與煙氣中氧氣發生反應。在生產應用中SCR技術成熟，脫硝效率高，其可達80%～90%的NOx脫出率表現很好。該技術是以爐膛或尾部煙道作為反應器，不需要增加額外反應容器以及催化劑，大大縮短了施工工期。目前廣泛應用的是氨氣和尿素，而尿素比較適合應用在循環流化床鍋爐脫硝改造中作為反應劑。但這種工藝也有許多缺點，比如占地面積多、建設成本和運行費用高，此外，由于催化劑在使用一段時間后會失去效用，因此要定期更換，這不僅會浪費催化劑，并且催化劑中的氮氨摩爾比超標時可與SO3反應生成不溶性物質硫酸氫銨，容易造成管道設備堵塞。

2.3 （SNCR+SCR）聯合工藝技術

此工藝綜合SNCR的低成本和SCR高效率的特點并能充分利用SNCR逃逸的氨氣，發揮兩者結合的優勢。這種結合SNCR和SCR技術進行脫硝流程為：先將還原劑加入爐膛，在高溫條件下，還原劑和排出的煙氣中的氮氧化物發生還原反應，這是脫硝的第一步；為了能充分利用剩余未反應完全的還原劑，將剩余的還原劑混合物投入處在省煤器和預器之間的SCR反應器，這時加入催化劑利用催化反應進一步脫除氮氧化物。SNCR的脫除效率并不是很高，但研究人員采用延長還原劑在系統內的停留時間的方法，盡可能提高與煙氣的混合程度，以提高脫硝率，最終脫硝率超過了70%。（SNCR+SCR）混合工藝初期成本費用與只使用SCR工藝差距不大，但還原劑的耗量遠高于SCR工藝，因此應用不是很廣泛。但對于重點控制區的電廠，氮氧化物按照100mg/Nm3控制，這時（SNCR+SCR）聯合工藝技術是非常良好的使用方案。但是這種方案也有一定的缺點、對部分燃燒生物質的循環流化床鍋爐，鍋爐燃燒溫度達不到，煙氣中含有許多SCR催化劑的有毒性物質，這時采用SNCR或SCR技術進行煙氣脫硝就不合適了，否則甚至會造成二次污染。

3 脫硝總體要求

3.1 建設（SNCR+SCR）聯合工藝脫硝設備

脫硝裝置所需要的系統應滿足如下要求：（1）在對燃用設計及校驗煤種時，脫硝系統的環保指數必須達到環保總局標準；（2）使用先進、成熟、可靠的技術，建設費用要經濟合理，易于運行維護；（3）所有的設備和材料必須是全新的、完整的；（4）盡可能減少運行成本；（5）方便員工觀察、巡視以及維護；（6）盡可能減少運行人員數量，提高資源利用率；（7）保證設備的穩定性和人員人身安全；（8）節省能源、水和原材料。

3.2 脫硝裝置及其配置的設備

脫硝裝置及其配置的設備應滿足如下要求：（1）確保脫硝裝置處于閉合狀態，保證裝置的密封性，防止煙氣泄漏到大氣中；（2）脫硝系統應能在鍋爐60%～110%工況之間的任何負荷持續安全運行。脫硝裝置能快速啟動投入，在負荷調整時具有良好的適應性，在運行條件下能可靠和穩定地連續運行；（3）確保脫硝裝置檢修時間間隔應與機組的要求統一，不增加機組的額外的維護和檢修時間；（4）在設計上留有足夠的通道，包括施工、檢修需要的吊裝及運輸通道。

4 性能測試

對循環流化床鍋爐脫硝工藝進行性能測試，檢驗最終結果是否達到國家、行業有關標準、規范和合同技術要求。脫硝系統裝備的設計、建造、安裝、測試、試運行等應符合相關的中國規范及標準。SNCR/SCR聯合工藝系統設計、初建、供貨、測試、試驗及檢查、試運行、考核并交付等應符合相關的中國法律及規范。

以下為性能測試內容：（1）NOx總脫硝效率，排放值；（2）SNCR脫硝效率；（3）SCR脫硝效率；（4）氨水的消耗量；（5）消耗（水、電、氣）；（6）氨逃逸率；（7）系統壓力損失；（8）SO2/SO3轉化率小于1%。

5 結語

從全文來看，由于循環流化床鍋爐本身具有其他爐型所不具備的優點，在脫硝改造中，可實現低溫和低NOx燃燒、反應充分，脫硝效率高。通過對SCR、SNCR、LNB+SNCR三種脫硝技術優缺點的比較，結合實際應用性能檢測得出數據，發現結合SCR和SNCR的煙氣脫硝技術方案減少了NOx的排放，最終確定循環流化床鍋爐超凈排放煙氣（SNCR+SCR）脫硝改造技術的良好適用性。

參考文獻

[1] 李斌，李建峰，呂俊復.我國大型循環流化床鍋爐機組運行現狀[J].鍋爐技術，2012，（1）.

[2] 朱勁松，董志乾，鄭天陽，等.300MW循環流化床鍋爐脫硫脫硝特性分析[J].節能與環保，2007，（3）.

[3] 馮俊凱，岳光溪，呂俊復.循環流化床燃燒鍋爐[M].北京：中國電力出版社，2013.

作者簡介：何進崇（1967-），男，廣西欽州人，廣州恒運東區熱力有限公司化工工程師，研究方向：環保。

（責任編輯：黃銀芳）