锅炉脱硝稀释风系统的优化改造

张贺嘉

（中煤能源新疆煤电化有限公司，新疆 昌吉 831799）

0 引言

我国电力供应主要依靠煤炭，而煤炭在提高能源供应的同时，也会产生大量的NO、N2O 及NO2。燃煤中的氮氧化物若不能得到有效的控制，将会给人们的生活造成很大的危害。要解决这一问题，就需要采用更加经济、准确的脱硝装置，以减少燃煤中的氮氧化物。

1 现阶段我国燃煤的脱硝状况

与世界先进水平相比，我国煤炭技术的推广和脱硝技术的应用都有很大的差距。就国内目前的脱硝技术而言，由于选用催化剂的脱硝技术具有结构简单、脱硝率高等特点，国内大多数燃煤机组都是选用催化剂进行脱硝[1]。同时，该技术还在国外得到了广泛的使用。就脱氮工艺和装置而言，国内大多数煤炭生产企业主要采用的是引进国外的先进技术，同时消化吸收、创新，并发展出了一套具有自主知识产权的选择性催化剂脱氮工艺。

2 建设脱硝产业中存在的主要问题

2.1 脱硝技术掌握技术不足

目前，国内煤炭脱硝行业的发展已经取得了长足的进展，但其关键技术仍然难以取得突破性进展，脱硝工艺及装备方面仍然依赖国外的技术，尚未建立起一套完整的脱硝技术体系。

2.2 催化剂实现国产化

在我国目前的脱硝技术中，脱硝用的主要是脱硝用的助燃剂，脱硝催化剂仍需从国外进口，尚未形成完整的产业链；因此，在中国，煤炭发电的成本很高。煤炭行业在采用脱硝催化剂时，脱硝催化剂的选用与设计均需由脱硝催化剂厂商来完成，这不仅增加了承包商与用户之间的协调难度，而且存在着潜在的质量隐患。流场的设计是影响脱硝系统安全可靠运行的重要因素，也是影响整个机组正常运转的重要因素。若催化剂制造商不合理的流场设计，会造成催化剂表面气流、温度、氨浓度的变化，影响催化剂的运行，导致催化剂积灰、堵塞等问题。

2.3 脱硝催化剂行业缺乏统一标准和监管

由于国内不同煤炭企业使用的脱硝系统不同，有关部门在制订技术规范时也没有一个统一的制度可供参照，导致对脱硝行业的整体规划不够全面，严重地制约了脱硝行业的健康发展。催化剂生产厂家根据国外的标准，将其作为企业的标准进行检验。由于不同的催化剂产品不同，不同的测试标准也不同，所以催化剂的使用者不能准确地评价不同的催化剂，这是一个亟待解决的问题。

3 火电厂脱销技术的应用现状

目前，最常见的是SCR、SNCR 以及两者相结合的工艺，具有较低的环境污染和较高的净化效果，技术成熟，脱硝率高达80%～90%。但是这样会造成二次污染，而且产量不高，一般在30%～50%之间[2]。选择性催化还原工艺的基本原理是：在燃煤电厂的节能装置与预热器之间，采用选择性催化还原装置，在装置完全运转后，烟气以竖向形式流入反应器；在催化剂发生反应后，将某些有害的氮化物气体还原成水和氮。通常，在此反应过程中，必须保证温度在300～400℃；所谓的非选择性催化还原工艺，就是在锅炉的烟气温度达到900～1000℃的时候，在锅炉里面添加一些还原剂，如尿素、氮气等。通过这种方法，可以将某些有害的氮化物转化成水和氮。这两种技术的融合，就是为了将两者的优点融合在一起，达到相互补充的目的，提高产品的市场份额。这两项技术的结合，让脱硝的过程更加的复杂。所以，这两种技术的联合使用，在某些需要高脱销率的情况下被广泛应用。

脱硝技术是一种去除氮化物的工艺，防止燃煤电厂对环境的污染。由于受各种因素的影响，我国目前的发展水平较低，因此，脱氮技术在火力发电厂的应用中具有很大的局限性。实际操作困难，运行费用较高等。这就导致了我国燃煤电厂在脱氮工艺上与国外先进水平存在一定差距。近几年来，由于各种工艺的改进，脱硝技术得到了长足的发展，使其在某种程度上可以适应火力发电厂的生产需要。

4 氮氧化物排放浓度不能达标的主要原因

影响脱硝效率的因素较多，由于各地煤种的差异，导致煤的混合烧现象是统一的，某些低卡路煤的燃烧会产生大量的烟雾；相反，如果使用高热量的煤炭，则会造成很小的烟雾排放。如果煤炭的热量很低，那么它的含水量就会减少，而且它的燃烧会导致它的温度很高，一般情况下，它的卖出率都会下降。由于煤炭质量的改变，需要SCR 设备和催化剂。

烟尘的热值。影响脱硝效率的因素是锅炉烟气的排放温度。在燃煤电站SCR 法中，一般采用871～1038℃的烟道温度，而以氮化物为主的还原剂会发生相应的改变；未达871℃，则不能充分进行反应，导致脱销速率下降，同时氮气本身的逃逸速率增加，造成了二次污染[3]。SNCR 工艺也可以将尿素与水中的溶液进行调配，然后将其添加到927～1093℃的烟气中，保证其与氨氮的作用是一致的。

5 火电厂脱硝改造及对锅炉系统影响

5.1 对锅炉燃烧的影响

采用低氮燃烧技术与脱硝技术相结合，可以有效地控制烟气中的氮化物，降低烟气中的氮化物，达到降低烟气中氮化物的目的。经过这样的改装，总体上可以将氮化物的排放量控制在60mg/m3之内。低氮燃烧的基本原理是：通过抑制氮化物，再利用二次燃烧，将氮化物减少到40%。比如，一个拥有两个锅炉系统的火力发电厂，其主要采用的是直流式燃烧炉；为了提高锅炉的燃烧效率，火力发电厂的管理层和技术人员经过研究，决定采用低氮燃烧技术。在主燃烧室的上部，采用高、低两种方式分别进行了充分空气的调节，实现了对氮化物的产生的抑制。在对燃烧室进行改造时，在不影响锅炉系统工作效率的前提下，对风箱进行了合理的改造，并增加了一个新的尽风管；保证了煤粉管线在一定程度上保持了相应的特性，不会对锅炉燃烧系统的正常运转造成任何影响。

5.2 对引风机的影响

某火力发电厂的锅炉采用了可调节的静叶轴流风机，在进行改造之前，对烟气系统的阻力进行了检测，并对其进行了评价，并对其进行了改进；但风机本身的功率与有关的需求并不相符。为此，在实际改造过程中，对排烟装置进行了改进。由于该厂在实际改造过程中，将引风机的风量、风压设定为15%、30%。在BMCR的基础上，改进后的阻力达到了1.35kPa。经过对烟气脱硝改造后的相关计算，使排烟阻力提高至5.5kPa。由于该厂在实际改造前没有充分考虑，导致引风机的参数比较大，在操作过程中，烟气系统的阻力比设计的要小；使风机难以有效地工作，影响到风机的工作效率。

5.3 对空气预热器的影响

某火力发电厂在自己的锅炉系统中，使用的空气预热器大部分都是国产的，以达到真正的脱硝效果。经过长时间的脱硝，选择性还原催化剂的催化性能降低，在脱硝过程中，氮气的喷射数量越来越多，逃逸率也越来越高。由此，在连续生产硫酸铵的同时，将其附着在空气预热器的传热构件上；当积灰层厚度超过一定程度后，热交换通道将产生阻塞，增大了预热器的工作阻力，导致传热效率下降。

在机组负载小于180MW 时，对系统进行改造，使系统的稀缺性风扇停止运行，达到节能效果。在机组负载小于180MW 的情况下，将冷气吹入加热一次风能，能有效地改善反应器的反应过程，并能有效地改善脱硫效果和投运速率。解决了因烟道温度过高、氨流过高造成的空冷器阻塞等问题，保证了设备的安全、可靠。

6 降低燃煤排放的主要方法及燃煤锅炉脱硝系统的运行优化分析

低氮燃烧技术。在燃烧过程中，低氮燃烧技术可以有效抑制氧化剂的生成。低温燃烧技术是一种适用于大容量燃煤锅炉的节能技术，低氮燃烧技术可使NO 的排放量降低30%～50%，要想进一步减少其排放量，就需要采取烟气脱硝工艺。选择性催化还原技术；这是我国烟气脱硫工艺中应用最为普遍的一种。选择性非催化还原技术；该工艺技术较为成熟，但其优点是：与传统的催化脱氮相比，具有较低的生产效率、较小的投资和较短的建设时间。选择性和非催化反应的有机组合；主要用于大型燃煤锅炉，由于其排放的低氮、场地条件有限，更适用于老锅炉的改造。

7 脱硝系统的工艺原理

在国内外，选择性的无催化还原技术和选择性催化剂脱产是当前世界各国常用的一种技术。

7.1 选用合适的催化剂进行脱氮工艺

在催化剂、氨和烟气的催化作用下，发生了大量的反应。通过催化，气体与烟气的混合，使其与废气一起流入脱硝装置中。在310～410℃下进行了脱氮。超过该温度时，控制系统会发出警报，停止供应氨气，同时脱硝反应生成的水和氮气也会进入空气预热器。氨作为还原剂可以将N2氧化还原为2NO，由于烟气中的氧与氨气几乎没有发生反应，所以其排出热量较低，脱氮效率高达90%，是目前最成熟、最可靠的脱硝工艺。

7.2 选择性非催化还原脱硝工艺

选择性非催化还原法是在850～1150℃的炉膛内，用装有氨气、氨水、尿素等的还原剂，如氨气、氨水、尿素等，经设于屏式过热器区的喷枪喷射，使氨气、氨水、尿素等还原剂快速热分解为氨气和其他副产品[4]。由于烟气中的氨气与烟气中的氧化氮发生反应，所以在温度较高且无催化剂时，其效率只有30%～50%。典型的非催化还原脱氮工艺是：通过还原剂，锅炉/窑炉，除尘脱硝装置，引风机，烟气分解。采用氨（尿素）作为非催化脱硝的主要原料是氨（尿素），20%的氨水（或需要添加生产单元的尿素溶液），经化学输送泵送到静止搅拌机中，与由稀释水模块送来的软化水按一定比例配制，由计量和分配装置准确地分配到各个喷嘴，再由喷枪将其喷入炉中，达到脱氮的目的[5]。

8 脱硝系统工艺技术的优化方案

8.1 选择催化剂脱硝的运行情况分析及优化方案

选择性选择性催化还原方法是一种高效、可靠的方法，在我国已得到了普遍的使用。但在现有的大型燃煤机中，由于喷氨不准确、催化剂选择性选择的反应釜内分布不均匀以及催化剂层入口气流的不均匀等因素，导致氨释放过多，导致氨泄漏。氨的泄露不但造成了设备的经济上的损失，而且还会导致催化剂的寿命缩短。为了解决这一问题，我国目前常用的催化剂脱氮方式是：①将入口烟道的流速和锅炉负载信号用作氮气的来源，然后应用模糊控制律来进行区域预报，从而得到氨氮的反馈控制[6]。②应用多点面积法测定了出口烟气中的气体氮氧化物的含量，并对其进行了数据分析。该工艺以在出口端固定氮氧化物的量为目标，通过调节氨的加入量、降低挥发氨的释放来达到改善脱硝效率；而且能够对产品的操作进行控制。但是，该算法涉及多个变量的测量，使得逻辑的操作更加烦琐[7]。

8.2 选择性非催化还原脱硝的运行情况分析及优化方案

（1）因为有选择的无催化剂进行的还原脱氮要求较高的反应温度，因此，在较低或较高的条件下，会使氨气泄漏。①选择合适的还原剂，因氨水脱氮的时间要低于50～100℃，低温区对氨氮的脱除效果良好。②正确地选择氨气的位置。氨气滞留时间延长、混合效果良好，都能有效地解决氨气渗漏问题。③通过加入适量的增加剂，可以扩大反应的范围，从而大大提高了非催化还原的脱硝效率[8]。

（2）脱硝效果差；导致非催化还原脱硝系统效率低下的主要原因和对策：还原剂配比不均匀，应采取以下措施：调整喷嘴和各个阀的开度，使还原剂和烟气中的氧化氮充分混合，并检查还原剂管路和阀门是否堵塞，锅炉的燃烧系统等[9]。

（3）氨与SO3在低温下发生反应，造成空气预热器的传热表面阻塞或污染。在中温、低温两个阶段，空气中的氨气与烟气中的SO3发生氧化，生成了硫酸氢氨。硫酸氢氨具有强腐蚀性和粘性，粘附于加热部件的表面，容易吸收粉尘，阻塞空气，增大系统的阻力，影响设备的运行。解决办法：采用搪瓷渡层式换热器，可以有效地减少空气中的硫酸氢氨的生成。

9 结语

随着我国大气环境问题日益受到人们的关注，脱硝技术是煤炭企业降低尾气排放的一项重要技术。当前煤炭行业的脱硝技术和脱硝技术尚有较大差距，但是通过对脱硝技术的优化，可以有效地解决现有的脱硝技术问题，提高脱硝效率；从而推动煤炭行业的有效发展。本文就脱硝技术的工艺流程、影响因素及优化设计进行了分析，并提出了采用选择性非催化脱硝和选择性脱硝的方法，对煤炭企业和环保治理具有一定的参考价值。