一種1～2噸燃油燃氣小鍋爐用的固定床脫氮方法工業(yè)試驗

梁 婉

上海國惠環(huán)保科技集團有限公司

1 前言

小型燃油燃氣鍋爐在城市及周邊區(qū)域是普遍存在的，其數(shù)量多，以上海市為例，分布在各個區(qū)的數(shù)量就有6000 臺之多[1]，由于各種因素，無法全部取締。根據(jù)國務(wù)院《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》的工作部署，北京、上海等地相繼展開了中小型燃氣（油）鍋爐的低氮排放提標(biāo)改造工作，持續(xù)削減氮氧化物排放總量[2]。

從實施的技術(shù)路線來看，脫氮技術(shù)大致可分為兩類，一是低氮燃燒技術(shù)，即在燃燒過程中控制NOx的產(chǎn)生，主要分為低氮燃燒器技術(shù)、空氣分級燃燒技術(shù)、燃料分段燃燒技術(shù)，此類方法工藝相對簡單、經(jīng)濟，但對于1～2 噸的小型鍋爐在內(nèi)部改造困難，而且不能滿足較高的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)[3-4]；另一種是煙氣脫硝技術(shù)，即在NOx形成后對煙氣進行凈化，主要有選擇性（非）催化還原（SCR/SNCR），此類技術(shù)需要較高的反應(yīng)溫度、存在氨逃逸、液氨存儲要求高的限制，很難在城市區(qū)域內(nèi)實施[5-7]。因此迫切需要開發(fā)合適的小型處理裝置，來為小型鍋爐的煙氣達標(biāo)排放提供保障。新型的固定床脫氮裝置—AO 煙氣凈化器經(jīng)過實驗室測試、工業(yè)試驗，結(jié)果表明，系統(tǒng)安裝簡便，運行穩(wěn)定，不影響鍋爐的效率，脫硝效率高，對1～2噸的小型燃氣（油）鍋爐煙氣處理后氮氧化物可達到50mg/m3以下。

2 AO煙氣凈化器裝置介紹

2.1 實驗?zāi)M裝置

本文設(shè)計了一種固定床脫硝裝置的實驗臺，采用鋼瓶氣為氣源，模擬煙氣由氮氣、氧氣、二氧化硫和一氧化氮按照一定比例配制而成，采用混氣罐保證模擬煙氣充分混合，氣體流量為1.5L/min，NOx濃度為250mg/Nm3，主要是檢測固定床反應(yīng)器出口的一氧化氮濃度。裝置流程圖見圖1。

圖1 實驗裝置流程圖

2.2 工業(yè)裝置

工業(yè)裝置見圖2所示。反應(yīng)系統(tǒng)中根據(jù)煙氣量大小設(shè)計AO脫硝劑的用量，設(shè)計1～5層。整個過程由自行設(shè)定的PLC程序?qū)崿F(xiàn)與鍋爐的啟停連鎖運行，安全可靠。

圖2 工業(yè)裝置示意圖

3 實驗室結(jié)果及分析

3.1 溫度對脫硝效果的影響

實驗中考察了AO-1脫硝劑在不同溫度下的脫硝效率，結(jié)果見圖3。可以得出，當(dāng)反應(yīng)溫度25℃時，脫硝效率80%，隨溫度升高脫硝效率逐漸升高，當(dāng)升高到80℃時，脫硝率達90%以上，繼續(xù)升高溫度，脫硝效率維持在90%以上，可以判定最佳反應(yīng)溫度在80℃以上。

圖3 不同溫度對脫硝效率的影響

3.2 含水率對脫氮效果的影響

脫硝劑在制備或存放過程中含水率會有一定變化，實驗考察了不同含水率的藥劑對脫硝效果的影響，見表1所示。

表1 AO-1脫硝劑含水率對脫硝性能的影響

根據(jù)表1，AO-1 脫硝劑脫硝率與含水率成反比，含水率越小，其脫硝率越高，當(dāng)含水率小于3%時，AO-1 脫硝劑脫硝率大于80%，結(jié)合AO-1 脫硝劑效率與經(jīng)濟性分析，含水率宜小于3%。AO-1 脫硝劑含水率與溫度有關(guān)，溫度升高，含水率降低，NOx脫除率升高。

4 工業(yè)試驗結(jié)果及分析

工業(yè)試驗位于上海某啤酒廠生產(chǎn)用鍋爐，鍋爐型號為LSS0.5-0.8-Y/Q，立式水管式室燃鍋爐，蒸發(fā)量為0.5t/h，壓力為0.8MPa，現(xiàn)場燃料為0#柴油。理論燃料消耗量35.88升/小時，鍋爐投運時間為2014年11月。鍋爐的實際使用壓力0.4MPa，運行時間根據(jù)生產(chǎn)批次的不同，一般每個生產(chǎn)批次開鍋爐2～3小時，間歇性運行，負(fù)荷波動性大，煙溫較低，運行周期不確定；實際燃油消耗22.2升/小時（旺季）；爐后已有余熱回收裝置，煙氣的NOx約230mg/m3。不滿足《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB31/387—2018），通過安裝固定床反應(yīng)器對鍋爐的排煙進行脫硝處理。

4.1 不同鍋爐負(fù)荷下的脫硝效果分析

圖4 不同鍋爐負(fù)荷脫硝效率

由圖4 可得，在AO 反應(yīng)器中裝填3 層AO 脫硝劑，在鍋爐負(fù)荷50%工況和75%工況下，在連續(xù)檢測30min，脫硝率均達到90%左右，出口NOx＜30mg/Nm3，優(yōu)于上海市鍋爐煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 脫硝裝置對鍋爐的影響

加裝脫硝裝置，通過設(shè)備后端引風(fēng)機克服藥劑層及系統(tǒng)各彎頭、管道阻力，并通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機頻率保持設(shè)備進口處微正壓/微負(fù)壓狀態(tài)（-50Pa～100Pa），采用系統(tǒng)引風(fēng)機與鍋爐鼓風(fēng)機聯(lián)動機制，及時排除鍋爐內(nèi)殘余氣體，保證鍋爐正常、安全的運行。

鍋爐能效檢測得到：鍋爐負(fù)荷70.23%，排煙溫度151.40℃，鍋爐熱效率為88.97%，滿足能效測試要求。

5 結(jié)論

（1）通過實驗室采用固定床反應(yīng)器，考察脫硝劑填料對模擬煙氣的脫硝效果，結(jié)果表明：溫度和含水率是影響AO-1脫硝劑脫硝效率的主要因素，最佳反應(yīng)溫度在80℃以上，脫硝率達90%以上；含水率宜小于3%，脫硝率達80%以上。

（2）通過工業(yè)試驗，對上海某啤酒廠生產(chǎn)用鍋爐的排煙進行脫氮處理，在鍋爐負(fù)荷50%工況和75%工況下，在連續(xù)檢測30min，脫硝率均達到90%左右，出口NOx＜30mg/Nm3，優(yōu)于上海市鍋爐煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。鍋爐熱效率為88.97%。并通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機頻率保持設(shè)備進口處微正壓/微負(fù)壓狀態(tài)（-50Pa～100Pa），采用系統(tǒng)引風(fēng)機與鍋爐鼓風(fēng)機聯(lián)動機制，及時排除鍋爐內(nèi)殘余氣體，保證鍋爐正常、安全的運行。