燃煤鍋爐煙氣脫硝技術研究

蒲君彥

（甘肅省安裝建設集團有限公司，甘肅蘭州 730050）

熱源廠在生產實踐中對于燃煤鍋爐的依賴性較強，但是在煤炭燃燒過程中產生的污染物也會造成環境污染的問題，不符合當前綠色化發展的要求。隨著我國環境保護工作的深化推進，對于煙氣排放的要求也越來越嚴格，需要嚴格控制其中污染物的含量及濃度，以創造安全舒適的環境，滿足社會的可持續發展要求。煙氣脫硝技術的成熟度相對較高，已經廣泛應用于氮氧化合物的處理工作中，可以將化合物的濃度控制在標準要求以內，滿足熱源廠的清潔生產要求。但是，該技術在實踐應用中也會受到諸多因素的干擾，必須結合當前生產特點及環保要求實施技術改造，為熱源廠的未來發展創造可靠條件，體現煙氣脫硝技術的優勢與價值。

1 燃煤鍋爐煙氣脫硝技術概述

1.1 基本概念

燃煤鍋爐中產生的氮氧化合物濃度較高，主要包括熱力型氮氧化合物、燃料型氮氧化合物和快速型氮氧化合物，受到高溫環境的影響，氮氣被氧化后會生成較多的氮氧化合物，同時氮化合物的分解及氧化也會有氮氧化合物的生成，碳氫離子團是燃料中的主要組成部分，通過與氮的反應會產生大量氮氧化合物。采用煙氣脫硝技術可以針對上述氮氧化合物實施有效處理，最終產物是氣態單質和液態物質，以降低對環境的影響。

1.2 主要流程

1.2.1 燃燒前

燃煤在鍋爐燃燒前可以進行特定處理，借助于脫氮工藝將其中氮元素含量控制在合理范圍之內，以降低煙氣當中氮氧化合物的濃度，在當前煙氣脫硝處理工藝中是一個關鍵環節。受到技術工藝及設備等因素的限制，燃燒前的脫硝處理技術難度較高，會加大脫硝處理中的經濟投入。在未來發展中，需要進一步提高技術水平，運用先進設備及工藝降低整體能耗，以滿足節能降耗和綠色生產的要求。

1.2.2 燃燒中

在鍋爐運行中產生的氮氧化合物較多，在燃燒中采用相應的脫硝處理技術，也可以避免在排放后造成嚴重污染。低氮脫硝技術是燃煤燃燒過程中處理氮氧化合物的有效措施，相較于其他技術工藝而言，能夠減少30%左右的氮氧化合物，處理效果相對較好。該技術的操作便捷且高效，工藝流程也不復雜，具有經濟性特點，無需較大的空間環境，已經成為當前煙氣脫硝中的常用方法。然而，該技術對于氮氧化合物濃度的控制效果有效，在實踐中通常與其他方法聯合應用，以提高煙氣脫硝效果。

1.2.3 燃燒后

燃燒后的脫硝技術主要分為選擇性催化還原技術即SCR 技術和選擇性非催化還原技術即SNCR 技術。在采用SCR 技術時，需要充分發揮尿素和金屬催化劑的作用，確保氮氧化合物的充分反應，產物包括水和氮氣等，不會對自然環境造成危害，因為在此過程中無需借助于氧氣的氧化作用，因此被稱為選擇性催化還原技術。尿素法SCR 技術和氨法SCR 技術是該技術的兩種主要形式，氮氧化合物在氨的作用下實現快速還原，通常以NH3為主要還原劑，可以提高處理效率。在流化床的作用下，可以針對煙氣混合物和氨實施混合處理，進而生成大量的水蒸氣和氮氣等。如果缺少相應的催化劑，則對于溫度的要求十分嚴格，一般在980℃左右才能確保良好的反應效果，而催化劑的應用可以將溫度降低至200～450℃，有效降低了工藝難度。特別是當溫度在350℃以上時，加快了NH3的分解，應該針對NH3和氮氧化合物的用量實施控制，一般在1∶1左右，脫硝效率達到90%左右。借助于TiO2可以為催化劑的使用提供可靠保障，在活性成分V2O5-MoO3作用下提高反應效率[1]。低溫催化劑、中溫催化劑和高溫催化劑，是當前催化劑的主要類型，分別適用于80～300℃、260～380℃及345-590℃的環境下。催化劑的活性會受到溫度因素的影響，尤其是當溫度難以達到相關標準時，脫硝效率也會隨之下降。

SNCR 技術也十分成熟，以尿素或氨為主要還原劑對煙氣中的氮氧化合物實施處理，溫度一般在850～1 050℃，最終產物也是水和氮氣。運用氨對氮氧化合物實施還原處理時，溫度應該控制在950℃左右，在小型燃煤鍋爐機組和大型燃煤鍋爐機組中，脫硝效率分別在80%和40%～60%。相較于傳統工藝而言，該技術可以有效提高脫硝效率，而且整體成本投入不高，不會對鍋爐的燃燒造成嚴重干擾，在改造工作中得到廣泛應用。

2 燃煤鍋爐煙氣脫硝技術的影響因素

溫度是影響脫硝效果的主要因素，比如在采用SCR 技術和SNCR 技術時，其最佳溫度分別為340～400℃和850～1 100℃，溫度過低或者過高都會對脫硝處理系統的運行造成限制。在處理過程中需要保障燃煤鍋爐煙氣與還原劑的充分混合，包括尿素和氨等，因此其停留時間也會對最終的處理效果造成影響。應該結合煙氣的流速和鍋爐氣路大小等確定最佳停留時間，以保障各類反應充分進行。比如在SCR 系統和SNCR 系統中，其最佳停留時間分別為0.19～0.86s 和0.001～10s[2]。此外，為了確保兩者的有效混合，一般要針對噴槍的噴射量實施控制。

3 燃煤鍋爐煙氣脫硝技術改造策略

3.1 低氮燃燒技術改造

針對當前低氮燃燒技術實施全面化改造，是提高煙氣脫硝整體成效的關鍵途徑。首先，應該針對燃燒裝置實施全面優化。在傳統生產工藝下，風口位置的設計缺乏合理性，這會對脫硝效率產生影響，因此在改造工作中應該以低氮燃燒裝置改造為主。同時，以鈍體燃燒裝置替代原有的一次風輸送口結構，充分發揮設備的卷吸作用，使煤粉燃料在燃燒過程中獲得足夠的空氣，防止對低氮燃燒造成嚴重影響。對于二次風輸送口結構的全面改造，也是當前低氮燃燒技術改造的關鍵點，通過窗口和導向葉片設置，解決了水冷壁的結焦問題，不僅能夠達到清潔生產的要求，而且輻射換熱作用也更加顯著，可以有效提高資源利用率，避免在生產作業中造成資源浪費的狀況[3]。其次，應該針對燃盡風系統實施全面優化。運用孔洞對主燃燒裝置實施處理后設置燃盡風噴嘴，實現對主燃燒裝置風量的有效控制，改善低氮燃燒狀況，煙氣當中的氮氧化合物在經過處理后生成氮氣和水等，不會對空氣環境產生危害。

3.2 SNCR技術改造

針對選擇性非催化還原技術實施改造，是當前煙氣脫硝技術改造的核心內容，應該在明確其各組成部分運行情況的基礎上，制定切實有效的改造方案，在改善脫硝效果的同時，降低系統設備的運行能耗，創造良好的生態效益及經濟效益。首先，應該合理改造蒸汽系統。在脫硝處理中，氨的均勻分布是保障煙氣中氮氧化合物與其充分反應的關鍵，但是從實際情況來看分布效果卻難以達到預期要求。為此，應該發揮蒸汽擾動裝置的作用，通過開孔處理的方式改善過熱裝置的運行狀況，煙氣在蒸汽噴嘴裝置的作用下可以更加均勻地與氨混合，提高脫硝處理效率，避免造成資源浪費的狀況[4]。其次，應該合理改造噴槍結構。噴槍混合裝置可以改善鍋爐的運行條件，也可以通過優化噴槍霧化裝置實施改造，可以防止在脫硝處理過程中造成嚴重的泄漏狀況。為了改善爐膛和噴槍的位置關系，可以合理設置噴槍和水冷壁結構的夾角，同時避免受到高溫環境的影響，提高噴槍工作效率。可以將2支噴槍設置在爐膛，另外2支噴槍設置在外側，當鍋爐處于低負荷運行狀態和高負荷運行狀態時，分別使用下層噴槍和上層噴槍，可以有效改善鍋爐運行狀態，避免造成能耗增大的狀況，改善煙氣脫硝的環境。霧化頭、本體、噴嘴罩和噴嘴座等是噴槍的主要組成部分，運用氣動推進氣缸和控制器對噴槍實施改造，可以達到自動化操作的目的，以減輕工作人員的負擔，增強煙氣脫硝系統的控制效果。運用DCS 控制系統可以快速獲取推進器位置，從而實現對稀氨水閥門及霧化空氣閥門的有效控制，系統運轉也更加可靠與便捷[5]。再其次，應該合理改造水冷壁彎管。在噴孔下部設置水冷壁彎管，為了避免在長期脫硝工作中對其造成嚴重的破壞，應該采用不銹鋼護板實施防護處理。同時，還應該采用耐火材料優化設備運行狀況，防止出現較大的火災隱患，保障設備及人員安全。通過針對性改造，可以降低漏流液體對水冷壁結構造成嚴重損壞，降低銹蝕出現的幾率，延長設備使用壽命。最后，應該合理改造稀氨水輸送系統。稀氨水泵、噴槍、稀氨水儲罐、測量儀表和調節閥門等共同組成稀氨水輸送系統，運用自動調節閥對稀氨水泵實施優化，可以降低泵的故障率，同時設置循環回路，借助于DCS 系統針對各項參數實施調節，維持系統的良好運行狀態，包括流量值和壓力值等，使其始終處于規定范圍之內。此外，在信息化時代背景下，如何實現煙氣脫硝裝置的數字化及自動化控制，也成了當前工作中面臨的主要問題，因此在技術改造過程中應該充分融合自動化控制技術，提高運行實效性。比如運用氨水濃度顯示儀、儲罐液位顯示儀等可以為氨水的制備工作提供保障，在儲存過程中更加直觀地看到液位情況。借助于變頻控制器對稀氨水泵實施改造后，可以充分發揮DCS 控制系統的作用，幫助工作人員及時了解設備運行情況，通過流量分析及時預測可能出現的故障問題，采取有效的預防及控制措施，避免釀成嚴重后果，同時變頻控制的方式也可以改善設備的運行效率，降低設備能耗。DCS 控制系統的設置，也可以自動化操作空氣噴射系統噴槍，在退出和推進中更加詳細地分析其工作情況，為狀態檢修和運行維護提供支持。通過對SNCR 技術的全面改造，可以確保系統運行參數達到環境保護標準要求，比如煙塵濃度控制在60mg/m3以內，達到相關標準中不超過80mg/m3的要求；二氧化硫濃度控制在350mg/m3以內，達到相關標準中不超過400mg/m3的要求；氮氧化合物濃度控制在350mg/m3業內，達到相關標準中不超過400mg/m3的要求[6]。此外，氨的逃逸率也極大降低，在10mg/m3以內，可以提高資源利用率。

3.3 SCR技術改造

首先，需要對煙氣流程加以完善。SCR 系統運行中對于溫度的要求較高，只有確保煙氣溫度達到標準值，才能提高煙氣脫硝的效率，一般在300～400℃，通過改造反應器裝置的方式，能夠強化對煙氣溫度的控制效果。可以在省煤器裝置和預熱裝置當中安裝反應器，其溫度可以快速超過350℃，為脫硝處理創造良好的溫度條件。預熱裝置還能夠對處理后的煙氣實施收集，通過脫硫處理后可以達到國家相關排放標準，對于煙氣流程的優化是提升反應效率的關鍵。其次，需要對反應裝置加以改造[7]。反應裝置中的催化劑往往會受到飛灰的影響，造成資源浪費的問題，無法達到預期處理效果，因此可以運用耐磨層改善反應裝置的運行狀況，脫硝效率也會更高，在系統的長期運行過程中，煙塵負荷和壓力負荷等會對反應裝置的運行安全造成威脅，為了避免造成變形或者破壞的情況，需要通過支撐裝置對其實施固定，防止在運行過程中出現嚴重的故障問題。最后，需要對氨噴射裝置加以改造[8]。空氣與氨混合的過程中，對于管道和混合裝置的要求較高，這是決定脫硝效果的關鍵環節，應該充分發揮流體動力的作用，提高混合均勻性。噴孔部件、供應箱部件和噴霧格柵結構等是氨噴射裝置的主要組成部分，應該以自動化改造為重點，實現對各類構件的自動化調節，幫助工作人員及時了解氮氧化合物的濃度情況，以便確定最佳的氨水用量，在保障良好混合效果的同時，避免用量過大而出現資源浪費、成本升高的情況。通過對SCR 系統的有效改造，在氮氧化合物濃度為350mg/m3時，其處理效率在85%左右，可以達到相關要求。

4 結束語

燃煤鍋爐煙氣脫硝技術在熱源廠中得到廣泛應用，可以有效去除煙氣中的污染物，以保障良好的大氣環境，防止產生嚴重的污染問題。煙氣脫硝技術主要分為燃燒前、燃燒中和燃燒后的脫硝技術，只有確保每個環節的良好銜接關系，才能提高脫硝工作效率與質量，確保煙氣達到排放標準。要通過技術改造的方式，拓展脫硝系統功能，包括低氮燃燒技術改造、SNCR 技術改造和SCR 技術改造等，以解決當前技術應用中的不足，為企業創造更高的綜合效益。