低氮燃燒和SCR技術在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的聯合應用

邢俊冬 吳杰

摘 ?要：在我國國民經濟快速發展推動下，工業生產與城市化建設也取得了較快的發展，而隨之產生的環境污染與能源消耗問題也日益突出。有研究數據顯示，當前我國工業生產中SO2的排放總量已接近2000萬t，NOX排放總量更是早已超出2000萬t，并且其排放量呈現不斷增長變化趨勢，按照當前國內的工業生產與污染排放發展趨勢，以NOX排放量為例，將很快突破3500萬t，所造成環境污染危害影響十分嚴重。針對這一情況，加強工業生產中鍋爐燃燒的煙氣污染排放治理，加大對SO2、NOX等污染氣體排放量的控制，具有十分積極的作用和意義。該文將對低氮燃燒、SCR技術在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的聯合應用進行研究，以供參考。

關鍵詞：低氮燃燒 ?SCR技術 ?燃煤鍋爐 ?煙氣脫硝 ?聯合應用

中圖分類號：TM621 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（a）-0066-02

1 ?NOX生成原理及控制技術分析

1.1 NOX的生成過程及主要類型分析

NOX作為導致空氣污染的重要物質成分，對公眾健康存在著較大的危害影響。工業生產中鍋爐燃燒煙氣排放過程中NOX的生成，根據其燃燒運行的具體工況不同，主要包含燃料燃燒與熱力作用、快速反應等不同情況下生成的NOX。

其中，燃料燃燒形成的NOX，是由于燃料本身存在的氮化合物在燃燒過程中轉化形成的，一般情況下，燃料燃燒溫度達到600℃～800℃時就會導致其中的氮化合物轉化生成NOX，燃料氮是其生成的主要來源，并且NOX生成與分解變化會受到燃料特性以及結構等因素影響，同時也會受到燃燒溫度等條件因素作用。

而熱力作用下生成的NOX是通過高溫作用對空氣中的氮進行氧化后生成的，一般為1500℃以上高溫條件，NOX的這一生成變化原理受到阿累尼烏斯定律影響，并且其生成變化與溫度條件存在較大的關系，溫度越高其生成速度會呈現指數規律發生較為迅速的增加變化。

此外，快速反應生成的NOX，是指在碳氫化合物燃料過濃燃燒情況下導致的反應區附近NOX快速反應生成，這種情況下在實際中較為少見，所產生的影響也十分小，基本可以忽略。

1.2 NOX控制技術

根據上述對NOX的生成過程分析可以看出，要想實現NOX生成控制可以從燃料前、燃燒過程中以及燃燒后3個不同環節，采取相應的技術措施對其生成進行控制，從而減少NOX生成與排放造成的污染危害。

首先，在燃燒前進行有效處理以減少NOX生成及污染危害中，其主要技術措施為脫氮處理，即在燃料燃燒前將其轉換成低氮燃料，以減少其燃燒過程中NOX的生成，進而控制其污染排放和影響產生。值得注意的是，這種技術措施不僅較為復雜，且技術難度較高、成本大，導致在具體實踐中的研究應用局限性突出。

其次，燃燒過程中的NOX生成脫氮處理技術，主要包含對燃燒過程中NOX的生成進行控制和對已生成的采用還原處理進行降低兩種方法。其中，在進行燃燒過程中的氮氧化物生成控制中，根據其生成機制可以看出，需要通過對燃燒溫度的控制和降低反應區氧濃度、降低燃料在高溫環境中的停留時間等方法實現，并且燃燒過程中NOX生成的控制技術開發設計都是按照這一原理實施的。此外，對燃燒形成的NOX進行還原處理，以降低其煙氣排放中含量，實際上也是燃燒后脫氮處理技術，即煙氣脫硝處理工藝，比較常見的煙氣脫硝處理技術方法包括選擇性催化還原法以及選擇性非催化還原法等，通過在燃燒排放煙氣中加入含氮還原劑，使其在一定溫度下與煙氣中的氮氧化物進行相互還原反應，從而生成氮氣和水，以減少其危害影響。其中，SCR技術作為一種選擇性催化還原法在鍋爐燃燒煙氣脫硝工藝中就具有較為廣泛的應用。

2 ?低氮燃燒、SCR技術在燃煤鍋爐脫硝處理中的聯合應用

2.1 鍋爐系統運行狀況

以某燃煤鍋爐系統為例，共有5臺WGZ220/9.8-13型鍋爐設備，采用高壓自然循環燃燒工藝，均為單爐膛正四角布置煤粉噴燃器，通過切向燃燒對鍋爐系統燃燒運行進行支持。此外，該鍋爐系統中還運用了集中下降管、Ⅱ型布置的固態排渣煤粉爐，爐膛設置在鍋爐的前部，是周圍膜式水冷壁，同時在鍋爐的爐頂以及水平煙道、轉向室部分均進行頂棚包墻膜式過管壁設置，鍋爐尾部豎井煙道中還設置有兩級省煤器與空氣預熱器，采用鋼球磨、中間儲倉熱風送粉系統，鍋爐燃燒的除渣設備設置濕式水封除渣裝置。

上述鍋爐系統燃燒運行中，1～3號鍋爐的爐膛截面為7600mm×7600mm，排煙溫度約為136℃，鍋爐燃燒運行效率為92.3%;而4、5號鍋爐爐膛截面為7570mm×7570mm，排煙溫度約為141℃，鍋爐燃燒運行效率為91.4%。5臺鍋爐燃燒運行的額定蒸發量均為220T/H，過熱蒸汽壓力為9.81MPa，過熱蒸汽溫度為540℃。

2.2 技術改造

根據上述鍋爐系統運行狀況，在對其系統采用低氮燃燒技術進行改造設計中，要求進行改造后的系統運行脫硝效率高于40%，同時1～3號鍋爐燃燒運行效率能夠達到91.21%以上，4、5號鍋爐燃燒運行效率不低于91.08%，且鍋爐燃燒的飛灰增加值應控制在1%以下，其汽溫、汽壓以及出力參數需要與改造前相一致，以對鍋爐正常運行進行保障。根據這一系統改造目標要求，通過對上述燃煤鍋爐燃燒系統采用雙尺度燃燒技術對鍋爐爐內燃燒的空間尺度與過程尺度進行全面優化改造，以滿足其低氮燃燒改造技術要求。具體改造范圍為鍋爐主燃燒器與燃盡風結構部分，對鍋爐主燃燒器采用縱向布置，從上到下依次設置為高位燃盡風、上下層三次風、上二次風、上一次風、中二次風、下一次風、下二次風，其中，在上二次風與中二次風中加裝貼壁風;燃燒器橫向布置為水平斷面上通過一次風射流在爐內形成直徑為300mm的順時針切圓、二次風射流在爐內形成直徑為608mm的逆時針切圓，以避免鍋爐運行中出現爐膛結渣情況，同時控制NOX的排放，達到低氮燃燒效果。

其次，采用SCR技術對上述鍋爐系統進行改造中，從催化劑成本分析，對催化劑的選擇使用及具體數量需要根據實際情況進行確定。SCR工藝系統結構組成主要包括尿素熱解制氨系統以及尿素熱解反應器、氨噴射器、反應器系統等。其中，尿素熱解制氨系統中包含尿素貯存與尿素溶液制備存儲系統、熱解反應器系統、稀釋風系統、尿素溶液過濾器、氨氣分配系統、蒸汽與冷凝系統等;尿素熱解反應器在整個鍋爐系統中共設置3臺，并且整個鍋爐系統中使用同一套尿素儲存與尿素溶液制備系統。該SCR系統裝置運行中以二氧化鈦為基體的堿金屬作為催化劑，采用蜂窩式設計，表面積控制為500～1000m2/m3，以對SCR系統在脫硝處理中的催化還原反應進行支持。

2.3 效果分析

通過對燃煤鍋爐系統的技術改造設計，結合其實際運行應用效果來看，在低氮燃燒與SCR技術聯合運用下，其系統運行中的脫硝處理效率達到了70%以上，并且濃度控制在150mg/Nm3以下，符合該鍋爐系統運行的煙氣污染排放標準，具有較好的技術效果。

3 ?結語

總之，對低氮燃燒、SCR技術在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的聯合應用分析，有利于促進其在鍋爐燃燒煙氣脫硝工藝實踐中推廣應用，進而減少鍋爐燃燒的煙氣排放污染影響，具有十分積極的作用和意義。

參考文獻

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