燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝技術(shù)研究

張迪

中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏銀川，750100

0 引言

我國(guó)社會(huì)化進(jìn)程不斷發(fā)展，且我國(guó)也是燃煤大國(guó)，雖然現(xiàn)在不斷開(kāi)發(fā)風(fēng)、光等新能源，但燃煤發(fā)電的比例依然居高不下。大量的燃煤電廠在發(fā)電過(guò)程中排放高有機(jī)物含量的煙氣，煙氣中含有大量的二氧化硫和氮氧化物等，這些物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致區(qū)域大氣污染惡化，嚴(yán)重威脅周邊居民身體健康[1]。例如，燃煤電廠排放的煙氣內(nèi)氮氧化物含量較高，如一氧化氮、二氧化氮等，其造成大氣污染的同時(shí)[2]，混合在空氣中被人們吸入肺內(nèi)會(huì)引起肺水腫、支氣管炎等，情況嚴(yán)重的會(huì)造成呼吸衰竭，對(duì)人體健康危害極大。因此對(duì)燃煤電廠排放的煙氣進(jìn)行脫硝處理非常有必要。就目前我國(guó)煙氣脫硝技術(shù)來(lái)說(shuō)，主要是對(duì)煙氣中的污染物含量執(zhí)行控制，但操作工藝復(fù)雜，成本較高，并且會(huì)對(duì)綜合性排放造成較大難度。并且在脫銷的過(guò)程中，大多數(shù)選擇尿素為還原劑，其在使用過(guò)程中脫硝效果僅能達(dá)到60%左右，無(wú)法滿足當(dāng)前“綠色發(fā)展”理念。為有效降低燃煤電廠鍋爐煙氣內(nèi)有機(jī)化合物的含量，對(duì)其進(jìn)行脫硝處理尤為必要。為此本文研究了一種燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝技術(shù)，以期降低燃煤電廠鍋爐煙氣內(nèi)有機(jī)物含量，為區(qū)域大氣污染治理提供有效途徑[1]。

1 燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝技術(shù)

文中研究煙氣脫硫脫硝協(xié)同控制技術(shù)，以完成燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝。該協(xié)同脫硝控制技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中，采用高灰型選擇催化劑作為煙氣脫硝SCR工藝的還原手段，在對(duì)催化劑使用過(guò)程中，需設(shè)定其模式，文中采用2+1的層數(shù)，即為初始完成2層安裝，并且預(yù)留一個(gè)層次。在不同工況下，完成100%煙氣量處理的目標(biāo)下，完成2層催化劑的布置，在此情況下，單套脫硝裝置的脫硝率大于75%；在此基礎(chǔ)上，完成預(yù)留層催化劑安裝，計(jì)劃脫硝率達(dá)到87%以上。

采用液氮作為脫硝系統(tǒng)還原劑，完成氨的稀釋處理后，設(shè)定噴射、煙道、反應(yīng)器以及催化劑蒸汽和聲波共5類系統(tǒng)，協(xié)同完成燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝，以國(guó)家制定的環(huán)保要求標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)脫硝后NOX的排放濃度滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，即不超過(guò)30mg/Nm3。

1.1 SCR反應(yīng)機(jī)理

SCR法也稱選擇性催化劑還原技術(shù)，該技術(shù)是在燃煤電廠鍋爐煙氣溫度為120攝氏度至380攝氏度時(shí)，以氨氣作為還原劑，將其添加到燃煤電廠鍋爐煙氣內(nèi)，使其與煙氣內(nèi)的揮發(fā)物進(jìn)行氧化反應(yīng)后，再將反應(yīng)后的煙氣排出即可實(shí)現(xiàn)燃煤電廠鍋爐煙氣的精準(zhǔn)脫硝。選擇性催化劑的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理表達(dá)式如下：

公式（1）中，NO表示氧化氮分子；NH3表示氨氣；O2表示氧氣；N2表示氮?dú)猓籋2O表示水；NO2表示二氧化氮。

利用選擇性催化劑還原技術(shù)后，燃煤電廠鍋爐煙氣經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)使煙氣排放達(dá)到其排放標(biāo)準(zhǔn)。且選擇性催化劑還原技術(shù)可在煙氣溫度較低或者燒結(jié)時(shí)溫度過(guò)高時(shí)均可使用[3-4]。在此使用選擇性催化劑還原技術(shù)對(duì)燃煤電廠鍋爐煙氣展開(kāi)精準(zhǔn)脫硝處理[2]。

1.2 燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝裝置設(shè)計(jì)

依據(jù)選擇性催化劑還原技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理，設(shè)計(jì)燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝裝置由燒結(jié)機(jī)、抽風(fēng)機(jī)、機(jī)頭電除塵器、脫硫塔、煙氣換熱器、SCR脫硝反應(yīng)器等構(gòu)成，燃煤電廠鍋爐煙氣由燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生，其利用抽風(fēng)機(jī)將鍋爐煙氣抽出后，利用機(jī)頭除塵器對(duì)煙氣進(jìn)行過(guò)濾處理，以去除煙氣內(nèi)較大的漂浮顆粒。然后將鍋爐煙氣輸入到脫硫塔內(nèi)，去除煙氣內(nèi)硫離子后，再經(jīng)過(guò)濕電除塵裝置再次對(duì)煙氣進(jìn)行除塵處理。然后利用煙氣一次快濕裝置對(duì)鍋爐煙氣進(jìn)行降溫和增加水分含量處理，并將其輸送到煙氣加熱爐A內(nèi)。利用煙氣換熱器將煙氣加熱爐內(nèi)的鍋爐煙氣抽出后，噴氮裝置啟動(dòng)將氮?dú)鈬娙氲絊CR脫硝反應(yīng)器內(nèi)。利用該反應(yīng)器調(diào)整當(dāng)前氮?dú)鉁囟群螅瑢⒌獨(dú)庾⑷氲綗煔鈸Q熱器內(nèi)使煙氣與氮?dú)獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng)。然后使用煙氣二次快濕裝置將反應(yīng)后的鍋爐煙氣進(jìn)行加濕處理，在使用煙氣加熱裝置B對(duì)煙氣再次進(jìn)行加熱，煙氣經(jīng)過(guò)二次快濕裝置和煙氣加熱裝置B循環(huán)后，利用增壓風(fēng)機(jī)將鍋爐煙氣抽出送入排煙通道，至此即完成燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝過(guò)程[3]。

1.3 SCR催化劑參數(shù)選取

選擇性催化劑還原技術(shù)的催化劑多數(shù)以二氧化鈦?zhàn)鳛檩d體，但針對(duì)燃煤電廠鍋爐煙氣的特殊性[5-6]，需選擇合理的二氧化鈦添加量方可起到精準(zhǔn)脫硝效果。首先分析氨氣隨著選擇性催化劑吸附動(dòng)力學(xué)特征變化的平衡點(diǎn)數(shù)值，其表達(dá)公式如下：

通過(guò)求解公式（2）和公式（3）并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)回歸后，以其回歸曲線的殘差平方和最小數(shù)值作為參數(shù)，在計(jì)算二氧化鈦速率即可得到選擇性催化劑吸附動(dòng)力學(xué)特征變化的平衡點(diǎn)數(shù)值，將該數(shù)值時(shí)的二氧化鈦數(shù)值作為選擇性催化劑還原技術(shù)應(yīng)用時(shí)的添加量，即可得到較好的煙氣脫硝效果。

1.4 吸收劑噴射技術(shù)

燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝過(guò)程中，煙溫調(diào)整是其中的重要步驟，為了省略該步驟，并保證理想的脫硝效果，本文結(jié)合吸收劑噴射技術(shù)完成煙氣脫硫脫硝協(xié)同控制。吸收劑噴射技術(shù)包含兩個(gè)方面，分別為增強(qiáng)活性石灰-飛灰化合物（LILAC工藝）的利用和SNRB技術(shù)的引入。

在LILAC工藝使用過(guò)程中，將其和粉煤灰、石膏相融合，且該融合需按照固定的比例完成，將融合后的產(chǎn)物作為活性劑噴入煙道中，可實(shí)現(xiàn)煙道內(nèi)顆粒、SO2、NOX之間發(fā)生充分的反應(yīng)后，實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的脫硫脫硝目的。該工藝在使用過(guò)程中，操作分復(fù)雜程度較低，無(wú)需大量成本的投入，并且具備良好的后期維修保障。當(dāng)煙溫達(dá)到反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，融合后的產(chǎn)物會(huì)自動(dòng)和SO2、NOX發(fā)生充分的反應(yīng)，無(wú)需進(jìn)行煙溫調(diào)整[4]。

SNRB技術(shù)則用于布袋除塵室內(nèi)，且采用脈沖式噴射完成，具備良好的脫硫、脫硝以及除塵效果。將布袋除塵室放置于省煤器和空氣預(yù)熱器中間的位置，將鈣基和鈉基兩種吸附劑放入布袋除塵室中，完成SO2的脫除；將SCR催化劑放入布袋除塵室中，同時(shí)如NH3、NO2在催化劑的影響下，發(fā)生氨反應(yīng)，即完成脫除。SNRB技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于燃煤電廠鍋爐的自身性能不會(huì)造成干擾和影響，并且使用過(guò)程中，所需的面積較小，在使用過(guò)程中，為了提升污染物脫除效果和效率，可采用孕育鈉基的方式完成，通過(guò)該方式完成脫硝后，能夠極大程度降低煙道中結(jié)渣和腐蝕的形成概率，可在煙溫較低的情況下使用。

2 實(shí)驗(yàn)分析

以某燃煤電廠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該電廠共有2個(gè)鍋爐機(jī)組，分別將其標(biāo)記為鍋爐A和鍋爐B，其煙氣當(dāng)前排放濃度均高于大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)，使用本文技術(shù)對(duì)該燃煤電廠鍋爐煙氣進(jìn)行脫硝處理，詳細(xì)驗(yàn)證情況如下文所示。

本文技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，測(cè)試不同脫硝時(shí)間點(diǎn)時(shí)，鍋爐A和鍋爐B的煙囪入口和出口的氮氧化物含量，結(jié)果如表1所示。

表1 兩個(gè)鍋爐在脫硝裝置開(kāi)啟不同時(shí)間段的氮氧化物含量變化情況（mg/m3）

分析表1可知，鍋爐A煙囪入口氮氧化物含量較鍋爐B煙囪入口的氮氧化物含量稍高，但二者之間相差不大。隨著本文技術(shù)的脫硝裝置的開(kāi)啟，其煙囪出口輸出的煙氣內(nèi)氮氧化物含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)其下降到一定程度后達(dá)到平衡狀態(tài)。其中鍋爐A煙囪出口內(nèi)氮氧化物含量在脫硝裝置開(kāi)啟30min后其含量達(dá)到43.21mg/m3，而鍋爐B煙囪出口內(nèi)氮氧化物含量在脫硝裝置開(kāi)啟20min后其含量達(dá)到43.21mg/m3。從該數(shù)值得知，本文技術(shù)可有效降低不同鍋爐煙氣內(nèi)的氮氧化物含量，使其在較短的時(shí)間內(nèi)排放量下降至43.21mg/m3，其精準(zhǔn)脫硝效果較好。

除上述內(nèi)容之外，燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝的結(jié)果可通過(guò)脫硝效率和氨逃逸量?jī)蓚€(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是在實(shí)際操作時(shí)，SCR脫硝反應(yīng)器的前煙氣和氨氣之間的混合程度、速度分布均勻程度均會(huì)對(duì)兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)造成影響，只有在混合速度適宜、分布較為均勻的情況下，才可實(shí)現(xiàn)SCR脫硝反應(yīng)器的最佳脫硝效率。因此導(dǎo)流板和混合器的設(shè)計(jì)合理性尤為關(guān)鍵，兩者能夠決定SCR脫硝反應(yīng)器的入口的煙道的流暢程度，提升脫硝系統(tǒng)的應(yīng)用性能[5-6]。

3 結(jié)論

本文對(duì)燃煤電廠鍋爐煙氣精準(zhǔn)脫硝技術(shù)展開(kāi)研究，并將其應(yīng)用在某燃煤電廠的鍋爐排煙脫硝過(guò)程中。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：本文技術(shù)具備較好的煙氣脫硝效率，可有效提升煙氣內(nèi)的含氧量，以及控制煙氣內(nèi)的pH值保持穩(wěn)定，其具備良好的應(yīng)用效果。雖然本文技術(shù)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取得了相當(dāng)好的效果，但本文并未從設(shè)備自身的能耗角度入手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以無(wú)法得知煙氣脫硝裝置是否消耗過(guò)多能效。且燃煤電廠區(qū)域不同期燃煤機(jī)組容量、排煙量等均存在一定差異，在使用本文技術(shù)時(shí)，需依據(jù)燃煤電廠實(shí)際情況進(jìn)行輕微調(diào)整，以達(dá)到精準(zhǔn)脫硝目的。