摘要：隨著國家對NO_x的排放限制要求越來越嚴(yán)格,在用燃煤鍋爐增設(shè)煙氣脫硝系統(tǒng)十分必要。概述了對在用燃煤鍋爐新增煙氣脫硝系統(tǒng)的改造及其工藝選擇、系統(tǒng)控制、投資等,重點闡述了利用合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的稀氨水并采用選擇性非催化還原技術(shù)的煙氣脫硝系統(tǒng)的運行情況、脫硝成本。實踐結(jié)果表明,采用選擇性非催化還原法脫硝技術(shù)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(tǒng)加入氨水，使煙氣中的氮氧化物( NOx) 轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨? N2) 的過程。國家對NOx的排放限制要求越來越嚴(yán)格，而工業(yè)企業(yè)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(huán)境保護部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布了新的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB13271—2014) 代替原標(biāo)準(zhǔn)( GB 13271—2001 ) 。新標(biāo)準(zhǔn)將鍋爐煙氣中的二氧化硫( SO2) 排放濃度限值由≤900 mg /m3 ( 標(biāo)態(tài)) 提高至≤400 mg /m3( 標(biāo)態(tài)) ，煙塵排放濃度限值由≤150 mg /m3 ( 標(biāo)態(tài)) 提高至≤80 mg /m3 ( 標(biāo)態(tài)) ，并新增了燃煤鍋爐煙氣中NOx排放濃度限值≤400 mg /m3 ( 標(biāo)態(tài))的指標(biāo)。

為了達到新標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求，在用燃煤鍋爐就必須新增煙氣脫硝系統(tǒng)或?qū)υ械拿摿?、除塵設(shè)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(shù)，即在燃燒過程中控制氮氧化物的生成，從源頭進行控制，適用于大型燃煤鍋爐等，但該技術(shù)只能降低NOx排放值的30% ～ 50%，無法確保達到新標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求;

②選擇性催化還原技術(shù)，主要用于大型燃煤鍋爐，投資大、運行費用高;

③選擇性非催化還原技術(shù)，主要用于垃圾焚燒廠等中、小型鍋爐，其效率低于選擇性催化還原技術(shù)，但投資省、建設(shè)周期短;

④選擇性催化還原技術(shù)+ 選擇性非催化還原技術(shù)，主要用于大型燃煤鍋爐低NOx排放和場地受限的情況，也比較適合于在用鍋爐大煙氣系統(tǒng)的脫硝改造項目。

選擇性非催化還原技術(shù)不使用脫硝催化劑，采用爐膛噴射稀氨水脫硝，脫硝反應(yīng)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(yīng)充分進行，故比較適用于對現(xiàn)有中小型燃煤鍋爐的改造。根據(jù)三廢混燃鍋爐溫度分布、煙氣含塵量、脫硝設(shè)施置布置、改造投資及運行費用等特點，決定采

用選擇性非催化還原技術(shù)對云南云天化股份有限公司云峰分公司( 以下簡稱云峰分公司) 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(shù)脫硝原理

選擇性非催化還原技術(shù)是將氨水等還原劑直接噴入爐膛內(nèi)，在800 ～ 1 050 ℃的高溫下與煙氣中的NOx反應(yīng)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(yīng): 4NH3 + 4NO + O2 = 4N2 + 6H2O。

不同還原劑有不同的反應(yīng)溫度范圍，NH3的反應(yīng)最佳溫度區(qū)間為850 ～ 950 ℃。溫度過高時，由于氨的分解會使NOx還原率降低; 反應(yīng)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(huán)境污染。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制備與存儲系統(tǒng)、稀氨水輸送系統(tǒng)、控制分配系統(tǒng)、空氣噴射系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、脫硝反應(yīng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。采用合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的稀氨水或液氨球罐上部的氣氨按相關(guān)安全規(guī)程用冷脫鹽水在稀氨水儲罐內(nèi)配制的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% ～15%的稀氨水作為脫硝還原劑，經(jīng)稀氨水泵加壓后送至氨水噴槍，利用0. 5 ～ 0. 7 MPa 的壓縮空氣將稀氨水霧化后噴入鍋爐內(nèi)與煙氣中的NOx進行反應(yīng)。

1. 2 工藝流程及脫硝設(shè)施

選擇性非催化還原技術(shù)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(tǒng)

稀氨水輸送系統(tǒng)由稀氨水儲罐( 1 臺，容積根據(jù)稀氨水用量確定) 、稀氨水泵( 2 臺，1開1 備) 、自動調(diào)節(jié)閥、測量儀表和噴槍構(gòu)成。噴槍采用不銹鋼材料制造，每支噴槍配有氣動推進器，在DCS系統(tǒng)上可實現(xiàn)自動推進和退出噴槍的操作。稀氨水泵出口處設(shè)有循環(huán)回路和自動調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)運行要求在DCS 系統(tǒng)調(diào)節(jié)稀氨水的壓力和流量。

1. 2. 2 噴槍布置

在50 t /h 三廢混燃鍋爐的上部爐膛出口外側(cè)布置噴槍2 支，在爐膛中部布置噴槍2 支，共計4 支噴槍分上下2 層布置。在鍋爐高負(fù)荷運行條件下，投運上層( 爐膛出口) 噴槍; 在低負(fù)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(tǒng)投運時，一般投運2 支噴槍即可，其余停運噴槍由控制系統(tǒng)控制退出爐膛，以避免噴槍受熱損壞。

1. 2. 3 爐前噴射設(shè)備

噴槍( 含噴嘴) 采用不銹鋼制造，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采用螺紋連接，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(xiàn)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(tǒng)，與開( 停) 霧化空氣和開( 停) 稀氨水的閥門動作聯(lián)動，實現(xiàn)整個脫硝系統(tǒng)噴槍的自動運行。

1. 2. 4 脫硝系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)及控制

稀氨水制備與儲存系統(tǒng)設(shè)置儲罐液位顯示和控制、氨水濃度顯示; 稀氨水輸送系統(tǒng)的稀氨水泵采用變頻控制，在DCS 控制系統(tǒng)上進行控制并顯示流量及泵的運行狀態(tài)等; 空氣噴射系統(tǒng)噴槍的推進和退出均在DCS 控制系統(tǒng)上進行自動控制，并顯示噴槍的工作狀態(tài)。為節(jié)省改造投資，脫硝DCS 控制系統(tǒng)合并至原鍋爐的DCS 控制系統(tǒng)。

1. 3 脫硝系統(tǒng)主要指標(biāo)

脫硝系統(tǒng)主要工藝指標(biāo)、脫硝系統(tǒng)投運后技術(shù)指標(biāo)與環(huán)保指標(biāo)對比如表1 和表2 所示。

2 煙氣脫硝系統(tǒng)運行情況

2. 1 運行效果

煙氣脫硝系統(tǒng)投運后，煙氣中NOx質(zhì)量濃度由500 ～ 550 mg /m3 ( 標(biāo)態(tài)) 降至150 ～ 250 mg /m3 ( 標(biāo)態(tài)) ，NOx脫除率在55% ～ 75%，排放煙氣中的NOx含量遠(yuǎn)低于GB 13271—2014 中規(guī)定的指標(biāo)要求。

2. 2 運行參數(shù)

在鍋爐運行過程中，脫硝溫度與煙氣中NOx含量的關(guān)系如圖2 所示。

從圖2 可看出: 煙氣中NOx的脫除效果并非溫度越高越好，還原劑加入點的溫度在700 ～ 800 ℃范圍內(nèi)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(dāng)溫度超過850 ℃時，隨著溫度升高，脫硝后煙氣中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(guān)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后能否達標(biāo)排放的關(guān)鍵。云峰分公司曾因生產(chǎn)系統(tǒng)條件改變而不再產(chǎn)生稀氨水，嘗試直接采用氣氨作為脫硝還原劑進行煙氣脫硝，結(jié)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，溫度處于最佳脫硝溫度范圍內(nèi)，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(yīng)的要求。為解決此問題，可在爐膛中下部設(shè)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(chǎn)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(biāo)排放。待運行正常后，停運開車脫硝噴槍并將其退出，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(chǎn)過程中產(chǎn)生的稀氨水，則運行成本更低。1 臺50 t /h 三廢混燃鍋爐采用選擇性非催化還原技術(shù)進行煙氣脫硝改造，總投資不到50 萬元，改造周期1 ～ 2 個月。

4 結(jié)語

實踐證明，云峰分公司采用的選擇性非催化還原煙氣脫硝技術(shù)具有改造工期短、工程量小、系統(tǒng)簡單、投資省、占地面積少、脫硝系統(tǒng)阻力和運行費用低等特點，無需對鍋爐、煙風(fēng)道、引風(fēng)機等進行改造，是在運鍋爐進行煙氣脫硝改造的理想選擇。