燃煤锅炉烟气脱硝技术研究

蒲君彦

（甘肃省安装建设集团有限公司，甘肃兰州 730050）

热源厂在生产实践中对于燃煤锅炉的依赖性较强，但是在煤炭燃烧过程中产生的污染物也会造成环境污染的问题，不符合当前绿色化发展的要求。随着我国环境保护工作的深化推进，对于烟气排放的要求也越来越严格，需要严格控制其中污染物的含量及浓度，以创造安全舒适的环境，满足社会的可持续发展要求。烟气脱硝技术的成熟度相对较高，已经广泛应用于氮氧化合物的处理工作中，可以将化合物的浓度控制在标准要求以内，满足热源厂的清洁生产要求。但是，该技术在实践应用中也会受到诸多因素的干扰，必须结合当前生产特点及环保要求实施技术改造，为热源厂的未来发展创造可靠条件，体现烟气脱硝技术的优势与价值。

1 燃煤锅炉烟气脱硝技术概述

1.1 基本概念

燃煤锅炉中产生的氮氧化合物浓度较高，主要包括热力型氮氧化合物、燃料型氮氧化合物和快速型氮氧化合物，受到高温环境的影响，氮气被氧化后会生成较多的氮氧化合物，同时氮化合物的分解及氧化也会有氮氧化合物的生成，碳氢离子团是燃料中的主要组成部分，通过与氮的反应会产生大量氮氧化合物。采用烟气脱硝技术可以针对上述氮氧化合物实施有效处理，最终产物是气态单质和液态物质，以降低对环境的影响。

1.2 主要流程

1.2.1 燃烧前

燃煤在锅炉燃烧前可以进行特定处理，借助于脱氮工艺将其中氮元素含量控制在合理范围之内，以降低烟气当中氮氧化合物的浓度，在当前烟气脱硝处理工艺中是一个关键环节。受到技术工艺及设备等因素的限制，燃烧前的脱硝处理技术难度较高，会加大脱硝处理中的经济投入。在未来发展中，需要进一步提高技术水平，运用先进设备及工艺降低整体能耗，以满足节能降耗和绿色生产的要求。

1.2.2 燃烧中

在锅炉运行中产生的氮氧化合物较多，在燃烧中采用相应的脱硝处理技术，也可以避免在排放后造成严重污染。低氮脱硝技术是燃煤燃烧过程中处理氮氧化合物的有效措施，相较于其他技术工艺而言，能够减少30%左右的氮氧化合物，处理效果相对较好。该技术的操作便捷且高效，工艺流程也不复杂，具有经济性特点，无需较大的空间环境，已经成为当前烟气脱硝中的常用方法。然而，该技术对于氮氧化合物浓度的控制效果有效，在实践中通常与其他方法联合应用，以提高烟气脱硝效果。

1.2.3 燃烧后

燃烧后的脱硝技术主要分为选择性催化还原技术即SCR 技术和选择性非催化还原技术即SNCR 技术。在采用SCR 技术时，需要充分发挥尿素和金属催化剂的作用，确保氮氧化合物的充分反应，产物包括水和氮气等，不会对自然环境造成危害，因为在此过程中无需借助于氧气的氧化作用，因此被称为选择性催化还原技术。尿素法SCR 技术和氨法SCR 技术是该技术的两种主要形式，氮氧化合物在氨的作用下实现快速还原，通常以NH3为主要还原剂，可以提高处理效率。在流化床的作用下，可以针对烟气混合物和氨实施混合处理，进而生成大量的水蒸气和氮气等。如果缺少相应的催化剂，则对于温度的要求十分严格，一般在980℃左右才能确保良好的反应效果，而催化剂的应用可以将温度降低至200～450℃，有效降低了工艺难度。特别是当温度在350℃以上时，加快了NH3的分解，应该针对NH3和氮氧化合物的用量实施控制，一般在1∶1左右，脱硝效率达到90%左右。借助于TiO2可以为催化剂的使用提供可靠保障，在活性成分V2O5-MoO3作用下提高反应效率[1]。低温催化剂、中温催化剂和高温催化剂，是当前催化剂的主要类型，分别适用于80～300℃、260～380℃及345-590℃的环境下。催化剂的活性会受到温度因素的影响，尤其是当温度难以达到相关标准时，脱硝效率也会随之下降。

SNCR 技术也十分成熟，以尿素或氨为主要还原剂对烟气中的氮氧化合物实施处理，温度一般在850～1 050℃，最终产物也是水和氮气。运用氨对氮氧化合物实施还原处理时，温度应该控制在950℃左右，在小型燃煤锅炉机组和大型燃煤锅炉机组中，脱硝效率分别在80%和40%～60%。相较于传统工艺而言，该技术可以有效提高脱硝效率，而且整体成本投入不高，不会对锅炉的燃烧造成严重干扰，在改造工作中得到广泛应用。

2 燃煤锅炉烟气脱硝技术的影响因素

温度是影响脱硝效果的主要因素，比如在采用SCR 技术和SNCR 技术时，其最佳温度分别为340～400℃和850～1 100℃，温度过低或者过高都会对脱硝处理系统的运行造成限制。在处理过程中需要保障燃煤锅炉烟气与还原剂的充分混合，包括尿素和氨等，因此其停留时间也会对最终的处理效果造成影响。应该结合烟气的流速和锅炉气路大小等确定最佳停留时间，以保障各类反应充分进行。比如在SCR 系统和SNCR 系统中，其最佳停留时间分别为0.19～0.86s 和0.001～10s[2]。此外，为了确保两者的有效混合，一般要针对喷枪的喷射量实施控制。

3 燃煤锅炉烟气脱硝技术改造策略

3.1 低氮燃烧技术改造

针对当前低氮燃烧技术实施全面化改造，是提高烟气脱硝整体成效的关键途径。首先，应该针对燃烧装置实施全面优化。在传统生产工艺下，风口位置的设计缺乏合理性，这会对脱硝效率产生影响，因此在改造工作中应该以低氮燃烧装置改造为主。同时，以钝体燃烧装置替代原有的一次风输送口结构，充分发挥设备的卷吸作用，使煤粉燃料在燃烧过程中获得足够的空气，防止对低氮燃烧造成严重影响。对于二次风输送口结构的全面改造，也是当前低氮燃烧技术改造的关键点，通过窗口和导向叶片设置，解决了水冷壁的结焦问题，不仅能够达到清洁生产的要求，而且辐射换热作用也更加显著，可以有效提高资源利用率，避免在生产作业中造成资源浪费的状况[3]。其次，应该针对燃尽风系统实施全面优化。运用孔洞对主燃烧装置实施处理后设置燃尽风喷嘴，实现对主燃烧装置风量的有效控制，改善低氮燃烧状况，烟气当中的氮氧化合物在经过处理后生成氮气和水等，不会对空气环境产生危害。

3.2 SNCR技术改造

针对选择性非催化还原技术实施改造，是当前烟气脱硝技术改造的核心内容，应该在明确其各组成部分运行情况的基础上，制定切实有效的改造方案，在改善脱硝效果的同时，降低系统设备的运行能耗，创造良好的生态效益及经济效益。首先，应该合理改造蒸汽系统。在脱硝处理中，氨的均匀分布是保障烟气中氮氧化合物与其充分反应的关键，但是从实际情况来看分布效果却难以达到预期要求。为此，应该发挥蒸汽扰动装置的作用，通过开孔处理的方式改善过热装置的运行状况，烟气在蒸汽喷嘴装置的作用下可以更加均匀地与氨混合，提高脱硝处理效率，避免造成资源浪费的状况[4]。其次，应该合理改造喷枪结构。喷枪混合装置可以改善锅炉的运行条件，也可以通过优化喷枪雾化装置实施改造，可以防止在脱硝处理过程中造成严重的泄漏状况。为了改善炉膛和喷枪的位置关系，可以合理设置喷枪和水冷壁结构的夹角，同时避免受到高温环境的影响，提高喷枪工作效率。可以将2支喷枪设置在炉膛，另外2支喷枪设置在外侧，当锅炉处于低负荷运行状态和高负荷运行状态时，分别使用下层喷枪和上层喷枪，可以有效改善锅炉运行状态，避免造成能耗增大的状况，改善烟气脱硝的环境。雾化头、本体、喷嘴罩和喷嘴座等是喷枪的主要组成部分，运用气动推进气缸和控制器对喷枪实施改造，可以达到自动化操作的目的，以减轻工作人员的负担，增强烟气脱硝系统的控制效果。运用DCS 控制系统可以快速获取推进器位置，从而实现对稀氨水阀门及雾化空气阀门的有效控制，系统运转也更加可靠与便捷[5]。再其次，应该合理改造水冷壁弯管。在喷孔下部设置水冷壁弯管，为了避免在长期脱硝工作中对其造成严重的破坏，应该采用不锈钢护板实施防护处理。同时，还应该采用耐火材料优化设备运行状况，防止出现较大的火灾隐患，保障设备及人员安全。通过针对性改造，可以降低漏流液体对水冷壁结构造成严重损坏，降低锈蚀出现的几率，延长设备使用寿命。最后，应该合理改造稀氨水输送系统。稀氨水泵、喷枪、稀氨水储罐、测量仪表和调节阀门等共同组成稀氨水输送系统，运用自动调节阀对稀氨水泵实施优化，可以降低泵的故障率，同时设置循环回路，借助于DCS 系统针对各项参数实施调节，维持系统的良好运行状态，包括流量值和压力值等，使其始终处于规定范围之内。此外，在信息化时代背景下，如何实现烟气脱硝装置的数字化及自动化控制，也成了当前工作中面临的主要问题，因此在技术改造过程中应该充分融合自动化控制技术，提高运行实效性。比如运用氨水浓度显示仪、储罐液位显示仪等可以为氨水的制备工作提供保障，在储存过程中更加直观地看到液位情况。借助于变频控制器对稀氨水泵实施改造后，可以充分发挥DCS 控制系统的作用，帮助工作人员及时了解设备运行情况，通过流量分析及时预测可能出现的故障问题，采取有效的预防及控制措施，避免酿成严重后果，同时变频控制的方式也可以改善设备的运行效率，降低设备能耗。DCS 控制系统的设置，也可以自动化操作空气喷射系统喷枪，在退出和推进中更加详细地分析其工作情况，为状态检修和运行维护提供支持。通过对SNCR 技术的全面改造，可以确保系统运行参数达到环境保护标准要求，比如烟尘浓度控制在60mg/m³以内，达到相关标准中不超过80mg/m³的要求；二氧化硫浓度控制在350mg/m³以内，达到相关标准中不超过400mg/m³的要求；氮氧化合物浓度控制在350mg/m³业内，达到相关标准中不超过400mg/m³的要求[6]。此外，氨的逃逸率也极大降低，在10mg/m³以内，可以提高资源利用率。

3.3 SCR技术改造

首先，需要对烟气流程加以完善。SCR 系统运行中对于温度的要求较高，只有确保烟气温度达到标准值，才能提高烟气脱硝的效率，一般在300～400℃，通过改造反应器装置的方式，能够强化对烟气温度的控制效果。可以在省煤器装置和预热装置当中安装反应器，其温度可以快速超过350℃，为脱硝处理创造良好的温度条件。预热装置还能够对处理后的烟气实施收集，通过脱硫处理后可以达到国家相关排放标准，对于烟气流程的优化是提升反应效率的关键。其次，需要对反应装置加以改造[7]。反应装置中的催化剂往往会受到飞灰的影响，造成资源浪费的问题，无法达到预期处理效果，因此可以运用耐磨层改善反应装置的运行状况，脱硝效率也会更高，在系统的长期运行过程中，烟尘负荷和压力负荷等会对反应装置的运行安全造成威胁，为了避免造成变形或者破坏的情况，需要通过支撑装置对其实施固定，防止在运行过程中出现严重的故障问题。最后，需要对氨喷射装置加以改造[8]。空气与氨混合的过程中，对于管道和混合装置的要求较高，这是决定脱硝效果的关键环节，应该充分发挥流体动力的作用，提高混合均匀性。喷孔部件、供应箱部件和喷雾格栅结构等是氨喷射装置的主要组成部分，应该以自动化改造为重点，实现对各类构件的自动化调节，帮助工作人员及时了解氮氧化合物的浓度情况，以便确定最佳的氨水用量，在保障良好混合效果的同时，避免用量过大而出现资源浪费、成本升高的情况。通过对SCR 系统的有效改造，在氮氧化合物浓度为350mg/m³时，其处理效率在85%左右，可以达到相关要求。

4 结束语

燃煤锅炉烟气脱硝技术在热源厂中得到广泛应用，可以有效去除烟气中的污染物，以保障良好的大气环境，防止产生严重的污染问题。烟气脱硝技术主要分为燃烧前、燃烧中和燃烧后的脱硝技术，只有确保每个环节的良好衔接关系，才能提高脱硝工作效率与质量，确保烟气达到排放标准。要通过技术改造的方式，拓展脱硝系统功能，包括低氮燃烧技术改造、SNCR 技术改造和SCR 技术改造等，以解决当前技术应用中的不足，为企业创造更高的综合效益。