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北極星大氣網訊:摘要：隨著國家對NO_x的排放限制要求越來越嚴格,在用燃煤鍋爐增設煙氣脫硝系統十分必要。概述了對在用燃煤鍋爐新增煙氣脫硝系統的改造及其工藝選擇、系統控制、投資等,重點闡述了利用合成氨生產過程中產生的稀氨水並採用選擇性非催化還原技術的煙氣脫硝系統的運行情況、脫硝成本。實踐結果表明,採用選擇性非催化還原法脫硝技術是在用燃煤鍋爐進行煙氣脫硝改造的理想選擇。
0 前言
鍋爐煙氣脫硝是在鍋爐系統加入氨水，使煙氣中的氮氧化物( NOx) 轉變為氮氣( N2) 的過程。國家對NOx的排放限制要求越來越嚴格，而工業企業在用的燃煤鍋爐是NOx氣體排放的最主要來源，其減排更是受到格外重視。2014 年5 月16 日，國家環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局頒佈了新的《鍋爐大氣汙染物排放標準》( GB13271—2014) 代替原標準( GB 13271—2001 ) 。新標準將鍋爐煙氣中的二氧化硫( SO2) 排放濃度限值由≤900 mg /m3 ( 標態) 提高至≤400 mg /m3( 標態) ，煙塵排放濃度限值由≤150 mg /m3 ( 標態) 提高至≤80 mg /m3 ( 標態) ，並新增了燃煤鍋爐煙氣中NOx排放濃度限值≤400 mg /m3 ( 標態)的指標。
為了達到新標準的指標要求，在用燃煤鍋爐就必須新增煙氣脫硝系統或對原有的脫硫、除塵設施進行改造。目前，鍋爐煙氣中NOx的脫除方法主要有:
①低氮燃燒技術，即在燃燒過程中控制氮氧化物的生成，從源頭進行控制，適用於大型燃煤鍋爐等，但該技術只能降低NOx排放值的30% ～ 50%，無法確保達到新標準的指標要求;
②選擇性催化還原技術，主要用於大型燃煤鍋爐，投資大、運行費用高;
③選擇性非催化還原技術，主要用於垃圾焚燒廠等中、小型鍋爐，其效率低於選擇性催化還原技術，但投資省、建設週期短;
④選擇性催化還原技術+ 選擇性非催化還原技術，主要用於大型燃煤鍋爐低NOx排放和場地受限的情況，也比較適合於在用鍋爐大煙氣系統的脫硝改造項目。
選擇性非催化還原技術不使用脫硝催化劑，採用爐膛噴射稀氨水脫硝，脫硝反應最佳溫度一般在800 ～ 1 050 ℃。稀氨水利用壓縮空氣進行霧化，確保與煙氣良好接觸，保證脫硝還原反應充分進行，故比較適用於對現有中小型燃煤鍋爐的改造。根據三廢混燃鍋爐溫度分佈、煙氣含塵量、脫硝設施置佈置、改造投資及運行費用等特點，決定採
用選擇性非催化還原技術對雲南雲天化股份有限公司雲峰分公司( 以下簡稱雲峰分公司) 在用的50 t /h 三廢混燃鍋爐實施煙氣脫硝改造。
1 在用燃煤鍋爐煙氣脫硝改造方法
1. 1 選擇性非催化還原技術脫硝原理
選擇性非催化還原技術是將氨水等還原劑直接噴入爐膛內，在800 ～ 1 050 ℃的高溫下與煙氣中的NOx反應生成N2和H2 O。在無催化劑作用下，氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx，基本上不與煙氣中的O2作用。NH3還原NOx的主要反應: 4NH3 + 4NO + O2 = 4N2 + 6H2O。
不同還原劑有不同的反應溫度範圍，NH3的反應最佳溫度區間為850 ～ 950 ℃。溫度過高時，由於氨的分解會使NOx還原率降低; 反應溫度過低時，氨逃逸增加，不僅使NOx還原率降低，而且逃逸的氨會造成新的環境汙染。為了確保鍋爐煙氣中NOx的脫除效果，選擇從爐膛的上部出口加入脫硝還原劑。
選擇性非催化還原脫硝主要由稀氨水製備與存儲系統、稀氨水輸送系統、控制分配系統、空氣噴射系統、煙氣系統、脫硝反應系統、電氣控制系統等組成。採用合成氨生產過程中產生的稀氨水或液氨球罐上部的氣氨按相關安全規程用冷脫鹽水在稀氨水儲罐內配製的質量分數為10% ～15%的稀氨水作為脫硝還原劑，經稀氨水泵加壓後送至氨水噴槍，利用0. 5 ～ 0. 7 MPa 的壓縮空氣將稀氨水霧化後噴入鍋爐內與煙氣中的NOx進行反應。
1. 2 工藝流程及脫硝設施
選擇性非催化還原技術鍋爐煙氣脫硝工藝流程如圖1 所示。
1. 2. 1 稀氨水輸送系統
稀氨水輸送系統由稀氨水儲罐( 1 臺，容積根據稀氨水用量確定) 、稀氨水泵( 2 臺，1開1 備) 、自動調節閥、測量儀表和噴槍構成。噴槍採用不鏽鋼材料製造，每支噴槍配有氣動推進器，在DCS系統上可實現自動推進和退出噴槍的操作。稀氨水泵出口處設有循環迴路和自動調節閥，可根據運行要求在DCS 系統調節稀氨水的壓力和流量。
1. 2. 2 噴槍佈置
在50 t /h 三廢混燃鍋爐的上部爐膛出口外側佈置噴槍2 支，在爐膛中部佈置噴槍2 支，共計4 支噴槍分上下2 層佈置。在鍋爐高負荷運行條件下，投運上層( 爐膛出口) 噴槍; 在低負荷運行或鍋爐開車的條件下，因此時溫度較低，投運下層( 爐膛中部) 噴槍。在選擇性非催化還原脫硝系統投運時，一般投運2 支噴槍即可，其餘停運噴槍由控制系統控制退出爐膛，以避免噴槍受熱損壞。
1. 2. 3 爐前噴射設備
噴槍( 含噴嘴) 採用不鏽鋼製造，包括噴槍本體、噴嘴座、霧化頭、噴嘴罩四大部分。噴槍本體上的稀氨水進口和霧化空氣進口採用螺紋連接，通過2 根金屬軟管分別與稀氨水管路和空氣管路連接。每支噴槍都配有氣動推進氣缸及控制器，實現自動推進和退出噴槍的操作。推進器的位置信號接至DCS 控制系統，與開( 停) 霧化空氣和開( 停) 稀氨水的閥門動作聯動，實現整個脫硝系統噴槍的自動運行。
1. 2. 4 脫硝系統的自動調節及控制
稀氨水製備與儲存系統設置儲罐液位顯示和控制、氨水濃度顯示; 稀氨水輸送系統的稀氨水泵採用變頻控制，在DCS 控制系統上進行控制並顯示流量及泵的運行狀態等; 空氣噴射系統噴槍的推進和退出均在DCS 控制系統上進行自動控制，並顯示噴槍的工作狀態。為節省改造投資，脫硝DCS 控制系統合併至原鍋爐的DCS 控制系統。
1. 3 脫硝系統主要指標
脫硝系統主要工藝指標、脫硝系統投運後技術指標與環保指標對比如表1 和表2 所示。
2 煙氣脫硝系統運行情況
2. 1 運行效果
煙氣脫硝系統投運後，煙氣中NOx質量濃度由500 ～ 550 mg /m3 ( 標態) 降至150 ～ 250 mg /m3 ( 標態) ，NOx脫除率在55% ～ 75%，排放煙氣中的NOx含量遠低於GB 13271—2014 中規定的指標要求。
2. 2 運行參數
在鍋爐運行過程中，脫硝溫度與煙氣中NOx含量的關係如圖2 所示。
從圖2 可看出: 煙氣中NOx的脫除效果並非溫度越高越好，還原劑加入點的溫度在700 ～ 800 ℃範圍內的脫硝效果較好，煙氣中NOx脫除率較高，還原劑消耗量和運行成本較低; 當溫度超過850 ℃時，隨著溫度升高，脫硝後煙氣中NOx含量也升高，NOx脫除率明顯下降，原劑消耗量升高。因此，脫硝還原劑加入點非常關鍵，對脫硝還原劑的消耗及運行費用和NOx的脫除率影響較大。
脫硝還原劑的選擇是煙氣脫硝後能否達標排放的關鍵。雲峰分公司曾因生產系統條件改變而不再產生稀氨水，嘗試直接採用氣氨作為脫硝還原劑進行煙氣脫硝，結果NOx的脫除率幾乎為零。
脫硝還原劑加入點選擇在鍋爐爐膛出口，在正常運行狀況下，溫度處於最佳脫硝溫度範圍內，但鍋爐開車時鍋爐爐膛出口氣體溫度太低，達不到還原劑與煙氣中NOx反應的要求。為解決此問題，可在爐膛中下部設置開車脫硝噴槍，即鍋爐開車升溫時，隨著料層溫度升高、NOx產生的同時，利用開車脫硝噴槍噴入還原劑進行脫硝，確保開車過程中煙氣達標排放。待運行正常後，停運開車脫硝噴槍並將其退出，以防燒損，同時改用爐膛出口噴槍。
3 運行成本及投資分析
如表3 所示，噸蒸汽平均耗氨( 折100%)2. 33 kg，噸蒸汽的脫硝運行成本一般在5 ～ 6 元，若利用合成氨生產過程中產生的稀氨水，則運行成本更低。1 臺50 t /h 三廢混燃鍋爐採用選擇性非催化還原技術進行煙氣脫硝改造，總投資不到50 萬元，改造週期1 ～ 2 個月。
4 結語
實踐證明，雲峰分公司採用的選擇性非催化還原煙氣脫硝技術具有改造工期短、工程量小、系統簡單、投資省、佔地面積少、脫硝系統阻力和運行費用低等特點，無需對鍋爐、煙風道、引風機等進行改造，是在運鍋爐進行煙氣脫硝改造的理想選擇。
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