湖州市特种设备检测研究院 313000
摘要: 随着环保法律法规和限制标准的越来越严格，传统的单一脱硝技术如低氮燃烧器（LNB）、燃烬风技术（OFA）、选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）等，不一定能满足未来越来越严格的环保要求，本文对比几种燃煤锅炉脱硝技术，分析了主要应用技术的可适用性。
关键词：燃煤锅炉；脱硝；SCR ；SNCR；LNB
1、脱硝技术介绍
燃煤锅炉脱硝技术一般分炉内脱氮和尾部脱氮两类，炉内脱氮技术主要通过控制燃烧温度、降低空预器温度、降低空气过量系数、空气分级燃烧以及燃料分级燃烧等方法来进行脱氮，但是脱硝效率较低；尾部脱硝主要通过选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）来进行脱氮，该法效率相对炉内脱氮较高，下文对个别炉内脱氮技术和尾部脱硝技术进行单独介绍。
1.1 炉内脱硝技术
低氮燃烧器（LNB）是国家政策明确作为首选的燃煤锅炉NOx控制技术，它从源头对NOx进行控制，而且投入相对其他技术少，系统复杂性较低，也没有其他后续运行费用，是较为经济的NOx控制技术。LNB按照燃烧技术和原理分，一般具有空气分级燃烧、燃料分级燃烧和烟气在循环三大类，在此基础上，发展出了多种低氮燃烧器，如双调风低NOx燃烧器、PM直流式低NOx燃烧器等等。
在大型锅炉中常采用顶部燃烬风技术（OFA），即将一部分风从主燃烧器上部空气喷口送入炉膛来实现空气分级燃烧，一般燃烬风的布置方式按与主燃烧器大风箱是否连在一起而分为两类。国外采用OFA技术已经有将近30年的历史，一般采用的风量较大，可达总风量的20%~30%，可 使NOx降低约20%~35%。在燃烬风基础上，也发展出了一些新的技术如高速燃烬风技术，其主要区别是通过增压风机来提高风速，使燃烬风具有更强的穿透力以及能与炉膛内的烟气充分混合，从而提高燃烧效率。
除了上述的低氮燃烧技术外，还有烟气再循环、再燃烧以及其他的燃烧调整技术来控制NOx的排放，表一所示为各种低氮燃烧技术的脱硝效果以及投资费用对比表，从表中可以看出，OFA、FGA和LNB是相对性价比较高的三种技术，而再燃烧的投入非常大，是其他技术的5~6倍，而脱硝效果相差却不大，因此，OFA、FGA和LNB也是目前工业燃煤锅炉使用较为频繁的低NOx控制技术。但是低氮燃烧技术相对于尾部脱硝技术来说，其脱硝效率还是偏低，不一定能满足于现行的排放法规，特别是对于使用贫煤和无烟煤的锅炉，单单通过低氮燃烧技术依然无法满足现行的法律法规，有必要与尾部脱硝技术相结合使用来达到越加严格的环保法规。
表1 各种低氮燃烧技术的效果与投资费用对比
1.2 尾部脱硝技术
尾部脱硝技术主要分为两类，即选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）。
1.2.1选择性催化还原（SCR）
选择性催化还原工艺是在300~500℃的温度范围内，将含NH3喷入到反应器中，在催化剂的作用下，将NO还原成为N2的过程。其主要组成部分为反应器中的催化剂，催化剂的成分组成、结构、寿命以及相关参数都直接影响SCR工艺的脱硝效率和运行情况。一般来说，催化剂的体积越大，NOx的脱除率也越大，同时氨逃逸率也越少，但是运行成本却会提高很多。目前工业上主要采用的催化剂为钒钨钛体系催化剂，结构主要以板式和蜂窝状为主。催化剂一般放置在固定的成水平布置或垂直布置的反应器箱体内，烟气由下向上穿过反应器平行流过催化剂表面。SCR反应器置于燃煤锅炉之后，一般具有三种布置方式：高含尘烟气段布置、低含尘烟气段布置和尾部烟气段布置。
1.2.2选择性非催化还原（SNCR）
相对于SCR工艺而言，选择性非催化还原工艺的过程中没有催化剂的参与，但是反应温度却比SCR工艺高很多，其主要过程是：在不存在催化剂的情况下，向900～1100℃锅炉炉膛内喷射雾状的NH3还原剂，由于高温下，还原剂极快地热解并与烟气中的NO反应，但是不和炉膛内的氧气发生反应，最终NH3和NO最终反应生成N2和H2O，SNCR的还原剂一般可选用氨、氨水或尿素等。SNCR的关键工艺点是还原剂炉膛喷入点（反应温度窗）的选择，一般有效的反应窗口是在900～1100℃之间，当温度低于800℃时，还原剂大部分都不参与反应，而当温度高于1200℃时，大部分的NH3被氧化成为NO，而不是与烟气中的NO反应，当温度再升高到1230℃时，被还原的NO和NH3被氧化而生成的NO达到平衡，因此，选用SNCR工艺时，需要关注其反应活性范围。当然，还有其他的一些因素，也对选择非催化还原工艺有一定的影响，如氨氮摩尔比、烟气中氧气的影响以及其他添加剂的影响等等。
2 脱硝技术的联用
由于环保对各个污染物排放限值的控制越来越严格，若是采取单一的脱硝技术，大部分情况下都将跟不上时刻悬着的环保警戒线，因此有必要将多种脱硝技术联合使用，以达到排放法规，甚至于完全消除污染物的排放。
2.1 LNB/OFA+SCR联用
乌鲁木齐的某石化公司的2台210吨DG210/10.5-1型锅炉改造前的NO排放浓度高度650 mg/Nm3，在综合考虑了投资、运行成本和技术等因素后，采用LNB +SCR的组合脱硝（事实上还采用了部分的OFA技术），改造后期NO排放浓度直接下降至650 mg/Nm3，效果非常显著。南化公司的三台220 t/h采用LNB +SCR组合脱硝技术，分别对一次风、二次风、燃尽风、空预器、省煤器和SCR系统的改造安装，使烟气中NOx的浓度从初始的800 mg/m3降到100 mg/m3以下，实际运行5756 h，组合脱硝技术共减排NOx为1445 t。
2.2 LNB+OFA+SNCR联用
广州石化自备电厂（动力一站）的4台220 t/h煤粉锅炉由于原始的设计落后，使得NOx排放严重超标，大概在600~800 mg/m3，在采用北京福泰克环保科技有限公司的LNB+OFA+SNCR技术对1、2号锅炉进行改造后，NOx排放的降低到240 mg/m3以下，脱硝效率提升非常明显，可达到60%。
2.3 SNCR+SCR联用
SNCR+SCR联用技术是指在烟气流程中根据不同的反应要求分别安装SNCR和SCR装置。首先在SNCR区段喷入尿素溶液作为还原剂，将部分NOx脱除；然后在SCR区段利用SNCR 工艺逃逸的氨气，将烟气中剩余的NOx选择性催化还原成N2和H2O。SNCR+SCR联用工艺兼有SCR和SNCR技术的优点，可显著降低脱硝装置的初始投资以及运行成本（相对于SCR而言），是燃煤机组最经济合理的脱硝方式，适用于对脱硝效率要求不高的场合（60%~80%）。
上海锅炉厂生产的型号为SG-420/13.7-M417A型的某公司5号炉，采用SNCR+SCR联用技术，从最初未改造前的350 mg/m3排放浓度下降到改造后的100 mg/m3以下。广东罗定电厂的2台DG420/13.7-II2型锅炉，最初通过低氮燃烧技术的改造，使NOx排放浓度达到400 mg/m3，但是没有达到国家规定的山区NOx排放需在200 mg/m3以内的目标，因此，该电厂通过引入SNCR+SCR联用技术，虽然遇到了很多的困难如工期长等，成功将NOx排放控制在国家规定范围内。对某电厂的HG-410/9.8-YM15型锅炉进行SNCR+SCR改造，可达到805的脱硝效率，效果良好，实现排放浓度小于50 mg/m3的超净排放法规。
3、结论
随着国家对环保问题的重视程度不断提高，由燃煤锅炉排放的氮氧化物作为主要污染物，其排放也将被控制在越来越小的数值上，而又因为我国煤以及燃煤锅炉工况的多样性，必须慎重选择脱硝技术，比如对于脱硝效率高的大型电厂燃煤锅炉可选用LNB+OFA+SCR联用技术，而对于脱硝效率不高的则可选用SNCR+SCR联用技术，对于小型锅炉，对于脱硝效率要求不高的燃煤锅炉可使用一种脱硝技术，对于要求高的可采用SCR技术或其他联合技术，总之，针对于不同的燃煤锅炉，尽量选择既能达到国家排放法规，又能提高能源利用率和经济合理的技术。
参考文献
[1]Changjin Tang, Hongliang Zhang, Lin Dong. Ceria-based catalysts for low-temperature selective catalytic reduction of NO with NH3 [J]. Cataalysis Science & Technology, 2015.
[2]李强等. 中小型燃煤锅炉脱硝方式探讨[J]. 发电设备，2012，26（3）：210-212.
[3]蔡昕等. 联合脱硝技术在燃煤锅炉脱硝改造中的应用[J]. 华北电力技术，2010，12：48-51.
论文作者:谢炳浦,谈辉辉,陈偲
论文发表刊物:《基层建设》2016年5期
论文发表时间:2016/6/28
标签：技术论文; 锅炉论文; 烟气论文; 燃煤论文; 选择性论文; 催化剂论文; 还原剂论文; 《基层建设》2016年5期论文;