高分子脫硝設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計與應(yīng)用

＊徐文哲 李鐵林 魏鋼 陳旭鋒

（1.唐山環(huán)境監(jiān)控中心 河北 063000 2.唐山旭陽機(jī)械設(shè)備有限公司 河北 063000 3.河北省唐山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 河北 063000）

煙氣高分子的脫硝設(shè)備技術(shù)主要是通過氧化、還原和吸附的反應(yīng)對其進(jìn)行脫離。主要將其分為濕法和干法，干法煙氣脫硝法主要核心是采用氧化的方式將NO轉(zhuǎn)化為NO2，然后采用吸收劑將氧化的NO2吸收掉；濕法煙氣脫硝法主要操作方法有兩種，第一種是采用現(xiàn)有的燃煤鍋爐對已經(jīng)安裝完成的煙氣進(jìn)行脫硫，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑旌驼{(diào)整方式，對煙氣中產(chǎn)生的NO2起到脫離的作用；第二種主要是采用直接的濕洗法將硫進(jìn)行洗滌脫除，這種方式主要需要裝備將NO氧化為NO2的設(shè)備，這種方式能夠高效的將煙氣進(jìn)行脫硝，但是操作過程繁瑣復(fù)雜，會給水源造成大量的污染，因此不建議采用。干法煙氣脫硝法是目前應(yīng)該最為廣泛且具有各方面優(yōu)勢的技術(shù)之一，其中主要采用催化劑對NO2進(jìn)行還原反應(yīng)。

1.煙氣脫硝系統(tǒng)概況

在鍋爐置放煙道的地方進(jìn)行煙氣脫硫裝置的安裝，采用這種裝置，能夠有效的將NO還原為無害氣體氮?dú)猓档蛯Νh(huán)境的污染，選擇性非催化還原和選擇性催化還原，這兩種技術(shù)主要是脫硝的主要方式。

(1)選擇性催化還原法(SCR)

主要工藝為將還原劑通過內(nèi)置的催化劑，產(chǎn)生催化反應(yīng)，將其稀釋后產(chǎn)生反應(yīng)從而生成氮?dú)夂退ㄟ^上述反應(yīng)對煙氣起到脫硝的作用，其主要裝置為催化劑、噴射系統(tǒng)和儲存系統(tǒng)等組成。對于剛安裝的催化劑，采用選擇性催化還原法能夠?qū)OX進(jìn)行高效的脫除，但隨著時間的延長和反應(yīng)的變化，除塵系統(tǒng)和爐體會受到嚴(yán)重的損壞和腐蝕情況，導(dǎo)致煙道受到堵塞，從而降低脫硝工作的工作效率和設(shè)備的效能。采用SCR脫硝技術(shù)進(jìn)行脫硝，會使催化劑的成分長期處于一種高灰塵的狀態(tài)，會使催化劑的作用降低和時長增加，所以使用CFB鍋爐會給SCR的實(shí)行和運(yùn)行造成一定的難度。

(2)選擇性非催化脫硝法(SNCR)

在對高分子的脫硝時，催化劑的使用率和時長會影響到脫硝反應(yīng)的效果和成本的消耗。SNCR在操作中具有一定的益處，能夠不需要添加額外的催化劑。SNCR主要是在室燃爐中進(jìn)行，在室內(nèi)時，煙氣會受到流動不順暢的影響，會使溫度開始下降，在溫度到達(dá)700℃時，脫硝反應(yīng)會受到影響。在CFB鍋爐出口之前，其中的燃燒反應(yīng)會在這個環(huán)境內(nèi)基本完成，煙氣中的氧氣含量開始趨于穩(wěn)定狀態(tài)，確保煙氣的停留時間能夠保持在2～3秒，在這個時間范圍內(nèi)能夠確保SNCR的反應(yīng)作用能夠穩(wěn)定運(yùn)作。

2.高分子脫硝設(shè)備現(xiàn)狀存在的問題分析

現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中大多采用氣力直接噴射方式容易造成氧含量超標(biāo)，通常是將10%～25%的范圍內(nèi)的尿素溶液噴進(jìn)爐中，而且在爐膛高溫下噴嘴出現(xiàn)燒損脫硝劑板結(jié)堵塞，影響脫硝設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但此工藝存在一定的劣勢。

（1）被稀釋過后的尿素溶液在噴入爐內(nèi)時，會導(dǎo)致爐內(nèi)帶入大量的水分。大量的水分在爐內(nèi)會產(chǎn)生蒸發(fā)反應(yīng)，導(dǎo)致爐內(nèi)的溫度隨之下降，降低爐內(nèi)反應(yīng)的效率和換熱反應(yīng)。與此同時，大量的水分在冷凝后會導(dǎo)致爐內(nèi)的設(shè)備和除塵系統(tǒng)受到水分的影響，產(chǎn)生腐蝕和損壞現(xiàn)象，從而導(dǎo)致煙道和布袋受到堵塞。（2）在進(jìn)行低負(fù)荷狀態(tài)工作時，爐內(nèi)的溫度較低，溫度較低不利于SNCR的工作和反應(yīng)，導(dǎo)致脫硝工作受到影響，工作效率大大下降。（3）尿素被制成溶液的工藝操作環(huán)境復(fù)雜，成本較大。

3.煙氣高分子脫硝優(yōu)化設(shè)計

(1)SNCR脫硝工藝流程

目前SNCR的進(jìn)行煙氣脫硝的主要流程為：

圖1 SNCR工藝流程圖

SNCR的運(yùn)行工藝需要采用利用二級料倉降低空氣量，采用適量氣流噴射降低氧含量，其中還需要對尿素的溶解增加溶解系統(tǒng)，確保尿素能夠在溶解區(qū)域內(nèi)充分溶解，降低爐內(nèi)的溫度。建造一個料倉來儲放尿素脫硝劑，尿素的儲存罐應(yīng)該要確保整個脫硝的含量，支管上設(shè)有卸料閥組控制脫硝劑的供給量。確保整個脫硝的系統(tǒng)和環(huán)節(jié)能夠穩(wěn)定的進(jìn)行。利用爐體原有結(jié)構(gòu)，在爐膛溫度正好處于NH3脫硝效率最佳的溫度區(qū)間，將固體高分子脫硝劑直接較為均勻送入爐膛熱解，作為還原劑實(shí)現(xiàn)脫硝功能；將有效降低脫硝成本，推進(jìn)脫銷工程的可行性和實(shí)用性。利用高壓風(fēng)將固體高分子脫硝劑在脫銷溫度最佳區(qū)間較為均勻的播撒進(jìn)入爐膛高溫區(qū)域熱解，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)煙氣脫硝。使尿素能夠與煙氣均勻混合，確保脫硝工作的順利進(jìn)行，提高尿素的使用率和效率，減少浪費(fèi)問題。

(2)控制系統(tǒng)

采用單獨(dú)的DCS系統(tǒng)對脫硝裝置進(jìn)行控制和管理，在鍋爐中也需要加入控制系統(tǒng)，通過工藝技術(shù)的管理和調(diào)節(jié)，使其能夠形成自動便捷的操控系統(tǒng)，對其脫硝反應(yīng)進(jìn)行控制。將還原劑的儲存系統(tǒng)和供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)合在一起，設(shè)置為一個主要的操控室，在對機(jī)器操控進(jìn)行控制時，要確保操作員能夠?qū)ΡO(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，確保通訊系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)作，出現(xiàn)異常時能夠及時的調(diào)整的調(diào)節(jié)，確保工作人員能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行處理和修復(fù)情況，且運(yùn)行人員還需要對控制室和控制系統(tǒng)進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)，確保能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)作。

(3)還原劑溶解與儲存系統(tǒng)

工程運(yùn)作中的尿素溶液溶解和儲存系統(tǒng)主要包含了溶解池和二級料倉和閥門的供給量開關(guān)等。尿素的儲存罐料倉安放了呼吸閥，可以對其中的壓力進(jìn)行釋放和調(diào)節(jié)，當(dāng)其中的壓力過大，可以打開起到降低壓力的作用，壓力過低會吸入空氣確保能夠正常工作。其中還配有壓力表、溫度儀等裝置，能夠確保信號的穩(wěn)定和安全運(yùn)轉(zhuǎn)，便于脫硝控制系統(tǒng)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。罐內(nèi)的排氣管道部分可以當(dāng)作液體過滿留出對管道，在其超出流出后，尿素的溶液可以留回到溶解池內(nèi)，其中還設(shè)置梯子和通風(fēng)孔等部分裝置，排污管道可以對設(shè)備進(jìn)行檢查和清洗時將尿素溶液排出到溶解池中。

(4)煙氣分析儀系統(tǒng)

在每一臺的鍋爐的尾部出口部分安裝煙氣的分析測試裝備，便于對NOX等煙氣部分進(jìn)行檢測和評估，且在下級的省煤器部分和上級的空間預(yù)留器部分設(shè)置對氨氣對逃逸檢測裝置，通過對其進(jìn)行檢測和分析，對逃逸的含量進(jìn)行檢測，再通過信息數(shù)據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)后，采用DCS系統(tǒng)對其進(jìn)行監(jiān)控和計算，在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)對還原劑的含量監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

(5)工藝設(shè)計中涉及的節(jié)能措施

①采用一二級技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用，通過技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用起到降低NOX的排放量和濃度范圍。②采用SNCR脫硝技術(shù)對高分子進(jìn)行脫硝具有便捷性，提高脫硝的工作效率。③通過CFD的對數(shù)值的模擬情況和物理模型的計算對其操作過程優(yōu)化和計算，從而起到優(yōu)化脫硝工作的作用和降低操作時長和繁瑣的意義。④對輸送系統(tǒng)的管線進(jìn)行合理的控制和管理，起到在運(yùn)輸管道中對運(yùn)輸產(chǎn)生的阻礙和對泵的浪費(fèi)現(xiàn)象。⑤通過蒸汽的方式對脫硝工作中產(chǎn)生的吸熱反應(yīng)進(jìn)行調(diào)整和控制，確保熱能穩(wěn)定供應(yīng)，降低能源的浪費(fèi)和消耗。

4.討論

通過對上述的優(yōu)化設(shè)計，本技術(shù)對爐膛的直接加固體高分子脫硝劑爐內(nèi)熱解裝置與現(xiàn)有尿素溶液SNCR脫銷裝置具有一定的優(yōu)勢：（1）操作環(huán)節(jié)簡便，對工藝設(shè)計合理，設(shè)備減少和成本降低；（2）系統(tǒng)的運(yùn)行成本較低，熱效率影響效果較小，水和電的消耗較低，采用固體高分子進(jìn)行脫硝，可以避免水分蒸發(fā)所引起的效率降低和對除塵系統(tǒng)的損害；（3）系統(tǒng)控制系統(tǒng)對爐膛內(nèi)的NOX污染物進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，對脫硝劑的使用量進(jìn)行控制和管理，減少浪費(fèi)和氨逃逸造成的二次污染。便于對其進(jìn)行自動化管理和控制。與此同時結(jié)合煙氣再循環(huán)方式控制空氣指數(shù)，降低氮氧化物的產(chǎn)生環(huán)境，提高低成本和高效率的脫硝工作。