淺談燃煤鍋爐煙氣中脫硝技術的應用

洪超

摘 ?要：近年來，環境污染問題越來越嚴峻，隨著國家對環境保護工作的大力推進，如何降低燃煤鍋爐產生的氮氧化物是國家乃至世界關注的重點，燃煤鍋爐產生的氮氧化物是PM2.5形成的主要來源，不但對環境造成巨大污染，更對人們的身體健康形成巨大威脅。為了還給大家一個碧海藍天，燃煤鍋爐使用企業應采取相應措施消除燃煤所產生的氮氧化物。通常，燃煤鍋爐的脫硝技術按工藝分為SCR和SNCR兩種，即選擇性催化還原技術和選擇性非催化還原技術，各有利弊，在實際應用中，企業應根據自身工藝特點、經濟狀況，選擇適當的脫硝技術。該文將對兩種技術做一簡單論述，并對機器提出改造方案，供同行們一起研究和探討，共同推進燃煤鍋爐脫硝技術工作的順利實施，為我國的環保事業貢獻力量。

關鍵詞：燃煤鍋爐 ?煙氣 ?脫硝技術應用

中圖分類號：X773 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）03（b）-0046-02

如何脫硝是當下燃煤鍋爐使用企業關注的重點，燃煤鍋爐產生的NOx是大氣污染的罪魁禍首，為了積極支持我國環境保護工作，將燃煤鍋爐產生的NOx排放濃度控制在法律法規規定的范圍內，就必須采用相適應的脫硝技術。

1 ?氮氧化物造成的危害

氮氧化物是大氣污染的最主要污染源之一，大氣中存在過量的氮氧化物，會加重空氣中細顆粒物的污染，形成霧霾、酸雨等災害，不但使環境污染日益嚴重，改變土壤的酸堿度、河流富營養化，植物、農作物無法正常生長，而且會引發多種呼吸道疾病，對人們健康造成很大傷害。

2 ?脫硝技術簡介

脫硝技術就是利用物理和化學等方法將燃煤鍋爐所產生的氮氧化物還原，分解為氮氣及其他物質在進行排放，或者直接清除煙氣中的含氮物質，避免氮氧化物的合成，從而降低大氣污染物排放量。一般情況下，氮氧化物可通過燃燒前、燃燒中和燃燒后3個過程分別處理。

2.1 燃燒前處理

燃燒前處理是指在燃料使用之前就采取措施降低燃料中含氮量。目前，這種技術尚在研究階段，因其處理工藝復雜、操作難度大、耗費成本高等缺陷，在還不能實現實際應用。

2.2 燃燒中處理

顧名思義，燃燒中處理就是在燃料燃燒的過程中采取控制燃燒溫度、降低燃燒區域內的氧濃度等措施，對燃料進行干預，以達到降低煙氣中氮氧化物的目的。但目前也還未達到全面使用階段。

2.3 燃燒后處理

燃燒后處理簡而言之就是煙氣的脫氮技術，又稱為煙道氣脫硝或廢棄脫硝，是目前較為常用的脫硝技術，尤其以SCR技術及SNCR技術應用最為廣泛，隨著科技的發展，現在也出現液體吸收法、吸附法、微生物法等創新技術，有待大力推廣。

3 ?我國脫硝技術應用的現狀分析

我國是燃煤大國，能源消費結構以煤炭為主，主要用于發電、工業鍋爐、工業窯爐、水泥、冶金等行業，但據相關報道顯示，大部分燃煤企業都存在著脫硝設備老化、脫硝技術落后的現象，而一些高端脫硝技術卻長期被國外壟斷，對我國脫硝技術的發展造成很大阻力。目前，我國大部分燃煤鍋爐使用企業都采用鍋爐升級改造、低氮燃燒器改造、選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝系統改造、選擇性非催化還原（SNCR）煙氣脫硝工藝改造等手段來控制氮氧化物的排放量。

4 ?針對燃煤鍋爐煙氣脫硝技術應用的工藝設計

通過以上相關知識的介紹，可以看出燃煤鍋爐煙氣的脫硝技術應通過以下步驟實現：首先對燃燒器進行改造，通過對燃料燃燒過程控制，形成對氮氧化物生成量的有效控制和監測;其次在鍋爐設備中增設非催化還原脫硝技術裝置，使燃料產生的氮氧化物進一步降低;最后增設催化還原脫硝技術裝置，形成串聯脫硝工藝，最終將氮氧化物的排放量降至最低。與單純只使用選擇性催化還原技術進行煙氣脫硝相比，這種串聯方式[2]具有以下兩個優點。

（1）在SNCR工藝中噴入液態氨的相對位置提前，這樣一來，在脫硝的過程中，一部分未反應的氨水溶液，經過熱器進入下一項脫硝工藝，為脫硝提供部分還原劑。

（2）當燃料燃燒產生的煙氣從SNCR系統流動到SCR系統時，液態氨分布已非常均勻了，從而使SCR系統中的催化劑達到最高利用率，脫硝效果也可達到最高。這樣做到物盡其用，可降低成本，提高效益。

5 ?相關技術改造方案

5.1 燃燒器改造

通過對燃燒器進行改造，不但可以減少燃燒時氮氧化物的生成，同時可對燃燒產生的飛灰可燃物進行有效控制，最終達到無煙無塵的效果。改造后的燃燒器分為兩個區域，燃料在一次燃燒區因不會充分燃燒，會形成復燃料混合物，由于缺少氧氣且溫度較低，這些混合物會析出揮發分解，減少了氮氧化物的生成;這些未燃盡的炭微粒及可燃氣體會在二次燃燒[3]區域內完全燃燒。相比較傳統的燃燒器，改造后的燃燒器可以減少氮氧化物的排放，同時還可避免燃燒器易燒損、鍋爐水冷壁高溫腐蝕等不良現象的發生，提高了鍋爐的安全性、經濟性和環保性。

5.2 選擇性非催化還原脫硝技術（SNCR）

此技術的原理就是在溫度達850℃～1150℃的煙氣中噴入氨水，產生化學反應，最終將氮氧化物還原，最終生成物氮氣（N2）和水蒸氣（H2O）。其中包括還原劑（氨水）儲存和運輸、還原劑的稀釋系統、還原劑劑量控制系統及還原劑噴射系統4部分，整個系統主要使用設備有輸送泵、稀釋水泵、稀釋水箱、靜態混合器、專用脫硝噴槍等。采用這種脫硝技術具有成本低、適用范圍廣等顯著優點。SNCR技術的運行效率取決于煙氣溫度、還原劑的劑量、還原劑與煙氣的混合、停留及反應的時間等因素。在SNCR技術改造時，應做好方案的設計工作，確保SNCR系統能夠良好運行，使其達到預先設定的脫硝效果，并且確保在運行中不會有過量的氨及其他污染物排放到空氣中。

5.3 選擇性催化還原脫硝技術（SCR）

SCR脫硝技術在最近幾年來發展較快，這種技術具有無二次污染及副產物、置結構簡單、運行效率高、維護簡單等優點，因此應用也較為廣泛。主要技術原理在于選擇性，即在燃燒的過程中利用催化劑，使氨氣優先與煙氣中的氮氧化物進行反應，達到脫硝的效果，而避免與煙氣中的氧氣進行氧化反應。當設備完成SNCR技術改造后，對煙氣實施SCR改造，可進一步減少氮氧化物的排放量。由于整個脫硝系統為串聯工藝，在SCR系統中所需的氨由SNCR系統噴射過量的氨提供，因此，在SCR系統中只有反應器和檢測兩個系統構成，在進行技術改造時，應根據實際情況設計改造方案。一般情況下SCR的反應器為固定床形式，催化劑為三層模塊放置形式，檢測系統主要是對氨量進行控制和測量，通過計算對氨量進行分配，確保系統在運行過程中無二次污染，并實時監控氨水濃度。

SNCR與SCR串聯的脫硝工藝對于舊設備改造來說可以節省空間，使鍋爐的結構和體積沒有任何增加，確保鍋爐的安全運行;而以串聯的方式進行脫硝，增加氨水的利用率，并達到較高的凈化率，是性價比較高鍋爐煙氣脫硝改造方案。

6 ?結語

我國的NOx排放量近年來呈快速增長的趨勢，若不加緊治理，在未來30年內，可能將成為世界NOx排放大國，對環境造成不可逆的影響。目前我國NOx的排放控制技術是業界研究的重點項目，相關企業應高度重視，在選擇脫硝技術前做好技術評估，才能選擇出最適合的脫硝方案，讓脫硝技術發揮其應有的作用。

參考文獻

[1] 趙治宇.燃煤鍋爐的選擇性催化還原煙氣脫硝技術探討[J].資源節約與環保，2019（4）：47.

[2] 史會瑩，喬文廣.燃煤鍋爐的煙氣治理和脫硫脫硝關鍵技術研究[J].資源節約與環保，2019（4）：48.

[3] 張歡，陳新順.燃煤鍋爐煙氣治理方法及脫硫脫硝技術研究[J].山東工業技術，2019（3）：61.