無氨干法脫硫脫硝技術在燃氣鍋爐上的應用

王永強，馬 旭

（河鋼集團唐鋼公司能源環(huán)保部，河北唐山 063000）

引言

隨著環(huán)保形勢日益嚴峻，河北省2018 年4 月發(fā)布鍋爐煙氣超低排放標準，唐鋼高強汽車板熱力車間35 t 燃氣鍋爐需要進行技術改造，以實現(xiàn)煙氣超低排放。基于現(xiàn)有設備總體配置情況，適用于當前煙氣治理政策及未來環(huán)保趨勢，工藝簡單實用、使用壽命長、運行費用低，設備運行穩(wěn)定、安全、可靠的基本原則，經(jīng)過各種技術方案論證，最終選擇了無氨干法脫硫脫硝技術。

1 無氨干法脫硫脫硝工藝

無氨干法脫硫脫硝工藝，核心部分為高效催化劑，是根據(jù)現(xiàn)場煙氣濃度進行配方制作脫硫脫硝材料，在已有煙囪前的合適位置先將煙氣通過KL 型脫硫脫硝除塵裝置后再進入煙囪排放，可有效去除煙氣中的NOx/SO2。

1.1 干法脫硫工藝

在催化劑作用下SO2被氧化為SO3，采用氫氧化鈣將其吸收生成硫酸鈣：

這個方法在工程上的實現(xiàn)是采取類固定床技術（或間歇式移動床），在脫硫反應器中裝進堿和催化劑顆粒，煙氣經(jīng)過反應器，SO2被氧化為SO3，然后被Ca(OH)2吸收。此過程無需使用水、不產(chǎn)生廢水，操作控制簡潔，并且煙氣的接觸時間可以根據(jù)要求靈活調(diào)整，大部分SO2可去除。

1.2 無氨催化脫硝工藝

該法不使用氨氣，采取催化劑脫硝而不是氧化劑來直接化學反應脫硝。首先煙氣中的O2和NO 在催化劑作用下反應生成NO2，NO2被煙氣中的CO 還原成為N2。

無CO 或CO 不足時，采用脫硫脫硝一體化脫除劑，脫硝過程先將NO 氧化成NO2，再與氫氧化鈣反應，變成硝酸鈣。

有CO的脫硝反應式：

無CO或CO不足的脫硝反應式：

脫硝采用的干法氧化催化劑，無毒性、不會產(chǎn)生二次污染，NO 氧化為NO2的反應過程所需溫度范圍寬泛且可在低溫下進行，去除率可達到90%以上。脫除過程簡單，操作方便，投資運行成本均較低，同時避免了現(xiàn)場氨氣存儲使用帶來的安全隱患。

2 干法脫硫工藝及與傳統(tǒng)濕法脫硫工藝比較

干法和濕法脫硫使用的藥劑均為氫氧化鈣，但反應過程和產(chǎn)物不同，濕法脫硫采用石灰漿（雙堿法，或者以氫氧化鎂代替石灰）直接吸收SO2生成亞硫酸鈣[1]；而干法脫硫先在催化劑作用下，將SO2氧化為SO3，再使用石灰顆粒吸收生成硫酸鈣。各項性能對比如表1。

表1 無氨干法與傳統(tǒng)濕法脫硫技術性能對比

3 無氨干法脫硝工藝與現(xiàn)有SCR/SNCR 工藝比較

選擇催化還原（SCR）法脫硝，是將氨作為還原劑，在催化劑作用下煙氣溫度達到350℃時NOX還原為N2[2]，耗能巨大。氨氣（或液氨）儲存、運輸存在安全風險，且氨氣逃逸會造成二次污染，對煙氣溫度有一定的限制要求。SNCR 雖然不使用催化劑，但反應溫度高達800～900 ℃，同樣使用氨氣（氨水）作為還原劑，且脫硝效率低[2]，無法達到穩(wěn)定脫硝要求。

由于煙氣中有少量的一氧化碳（0.5%～1%），無氨干法采用填裝有固態(tài)脫硫劑的脫硫裝置完成脫硫任務，脫硫之后加裝一段無氨脫硝催化劑完成脫硝功能。而對于煙氣中無一氧化碳情況可使用一體化的脫硫脫硝劑，同時完成脫硫脫硝功能。此外，該工藝對于煙氣進一步除塵亦有明顯的效果。各項性能對比如表2。

表2 無氨干法脫硝與SCR/SNCR技術性能對比

4 實際應用

唐鋼高強汽車板2 臺鍋爐實際運行1 臺，額定蒸發(fā)量35 t/h，運行負荷一般在80%，鼓風機和引風機同樣運行在80%負荷左右工作，因此在風機入口增加脫硫脫硝系統(tǒng)時，系統(tǒng)阻力增加僅為1 kPa，不會對風機引風量產(chǎn)生大的影響，即使有少量的影響也可通過提高變頻器轉速增加風機負荷予以調(diào)整。

改造前鍋爐主要參數(shù)見表3。

表3 設計參數(shù)及執(zhí)行標準

4.1 改造案例

鍋爐排煙管路上加裝1 套KL-40 無氨干法脫硫脫硝裝置，可完成脫硫脫硝脫塵功能，達到所需超低排放的排放要求。正常工況下，2 臺鍋爐一用一備，故改造增設的脫硫脫硝除塵系統(tǒng)可為2 臺鍋爐公用。裝置示意圖如圖1。

圖1 無氨干法煙氣處理工藝示意圖

同時，由于鍋爐煙氣中CO 含量很低，所以根據(jù)現(xiàn)場提供的入口煙氣濃度，使用量身定制的一體化脫硫脫硝劑及催化劑進行煙氣凈化。鍋爐煙氣經(jīng)過KL-40裝置處理后，可滿足超低排放要求。

4.2 運行成本分析

脫除SO2、NOX藥劑平均成本9000 元/t，電負荷增加100 kW，電價按0.5 元/kWh,人工費用約40 萬元/年，年運行成本約為：

（12+43.2）×9000/10000+100×8000×0.5+40=129.68萬元

改造前后PM、SO2和NOX含量對比見表4。裝置煙氣處理能力和污染物脫除效果如表5。

表4 改造前后PM、SO2和NOX含量對比 mg/m3

表5 裝置處理能力和污染物脫除效果

5 結語

改造設施投入使用一年來，煙氣污染物排放指標均能達到超低排放要求，且運行成本低，操作簡單，設備穩(wěn)定運行，對同類型鍋爐具有推廣應用價值。