燃煤锅炉脱硝技术的应用

张灏龙

三门峡华阳发电有限责任公司 河南三门峡 472100

1 脱硝技术

常用的脱硝技术有石灰石-石膏法、活性炭法、干法脱硝法和湿法脱硝法。石灰石-石膏技术是工业上应用最广泛的技术。石灰石溶剂吸收塔烟气脱除烟气中的硫氧化物。活性炭技术是利用活性炭材料本身具有很强的吸附性能来吸附烟气中的硫氧化物。干法脱硝技术是利用催化剂促进煤炭燃烧过程中产生的氮氧化物转化为无害的氮和水，达到脱硝的目的。湿式脱硝技术是通过在燃烧过程中加入水或其他具有吸附能力的物质来吸收二氧化氮，从而降低二氧化氮浓度的技术[1]。

2 脱硝系统概述

某电厂2号机组为600MW燃煤汽轮发电机组，锅炉为超临界压力、循环泵启动系统、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、全钢构架直流炉。脱硝系统采用SCR法，设计脱硝效率可达80%，催化剂层设计为两层运行、一层备用，催化剂采用蜂窝型式。SCR法所用还原剂来自尿素水解反应器加热生成的氨气。SCR反应器分左右两台设置于省煤器出口与空预器入口之间，反应器断面尺寸为15150mm×11100mm，高约18800mm。脱硝CEMS系统采用西克麦哈克仪器有限公司的SMC-9021系统，脱硝入口采用SICKS710烟气分析仪，脱硝出口采用SICKGMS810烟气分析仪。DCS控制系统采用西屋控制有限公司的Symphony集散控制系统，包括DAS、FSSS、SCS、ECS、MCS（含FSCS、FSSS等）子系统。

3 燃煤锅炉脱硝技术的应用策略

3.1 氧化法脱硝技术

氧化脱硝是利用氧化剂将难溶于水的no氧化成易溶于水的高价NOx，如NO2、N2O3、N2O5等。然后在洗刷塔（一般为石灰石-石膏湿法脱硫吸收塔或其他湿法脱硫塔）中，利用浆液液滴将NOx吸收转化为水溶性物质，到达脱除NOx的意图。氧化剂包含臭氧、过氧化氢和其他物质。现在，只要臭氧脱硝技能实现了工业使用。现在，臭氧脱硝技能在国电石嘴山电厂的工业使用现已完成，SCR脱硝后的烟气进一步脱硝。对于锅炉出口NOx浓度高、氨逸出量大、空气预热器阻塞严峻的燃煤电厂，该方法是对SCR技能的有用弥补，并能降低启停过程中NOx的排放浓度。

现在，国内研究机构现已对臭氧的烟道喷发、混合方法、温度操控、烟气等要素的影响进行了模拟实验。

臭氧脱硝技能对不同价态NOx具有较高的脱硝效率（可达90%），并能进步SO2等污染物的去除效率。它既可以作为一种独自的脱硝技能，也可以作为传统脱硝技能的有用弥补。氧化脱硝体系主要由臭氧发生体系、臭氧烟气混合体系、氮气加药体系和高价氮氧化物吸收体系组成。

臭氧脱硝技能一方面可以通过降低SCR效率来削减氨的逸出，进而削减氨水硫酸氢在后续空气预热器、电除尘器、引风机等设备外表的堆积。另一方面，解决了启停和低负荷阶段的NOx排放标准问题。

因为投资大、能耗高的问题，臭氧脱硝技能在大型燃煤机组上的使用并不多见，在非电力行业的小型烟气处理设施中有一定的使用。

该技能将导致浆液中硝酸根离子浓度大幅进步，特别是考虑到废水排放的运转规律，硝酸根离子浓度将高于氯离子浓度，对设备腐蚀和脱硫效率的影响有待进一步验证。怎么处理脱硫废水中的硝酸盐也是一个难题。现有的旁路烟道蒸发工艺或许导致硝酸盐的分化和NOx的再生成。

3.2 低氮燃烧技术

低氮燃烧技术是通过改进燃烧设备或燃烧条件，改变空气量、燃烧空气的温度等方法，减少燃烧过程中低热力型和快速型氮氧化物的产生量，最终使排放总量中的燃料型氮氧化物占60%-80%。通过相关控制措施，可有效降低氮氧化物的排放量，一般认为效率可达到50%。

3.3 高分子脱硝技术

高分子脱硝技术形式类似于SNCR技术，采用脱硝剂是以固态高分子材料为主要成分的固态粉末，包括功能高分子还原材料、乳化剂、分散剂、缓释剂、渗透剂以及由氧、镁、铝、硅、硫、钙、钡、锰和稀土元素等化合物组成的催化剂及其助剂。稀土元素增加催化活性，催化剂借助微孔结构的复合载体强化加氢还原活性完成加氢脱硝过程，降低燃料燃烧后的废气中的有害气体NOx的排放量。

3.4 高压细水雾单流体脱硝技术（HPS-SNCR）

高压细水雾单流体脱硝技术（HPS-SNCR）是基于SNCR的改进方案，脱硝系统喷枪出口压力大于10MPa，高速喷出的尿素溶液（质量分数为10%）雾粒直径在1-10μm，高压使还原剂雾流兼具冲击力、穿透性和较宽的覆盖面，可深入炉膛中心与烟气充分混合，反应过程迅速完全，脱硝效率高且氨逃逸率低，脱硝效率可达80%。

3.5 SCR烟气脱硝技术

SCR选用催化剂（首要是钒钨钛系）和还原剂（如NH3）在必定温度（280-420℃）下将烟气中的NOx还原为N2和H2O。

每台燃煤锅炉一般有两个出口，因而需要设置两个SCR反应器。布置一般坐落省煤器与空气预热器之间，适合的温度范围一般在280℃-420℃之间。温度下限与煤的硫含量有关，温度上限为催化剂的烧结温度。在建电厂需要对省煤器与空气预热器之间的连接烟道进行改造[2]。

在惯例规划中，催化剂层数按2+1规划，部分高NOx排放电厂按3+1规划。考虑到催化剂效率下降和磨损等因素，应每三年替换一层催化剂。考虑到催化剂结垢的风险，将在每层催化剂上方安装蒸汽吹灰器或声波吹灰器。

氨气的来历可分为液氨、氨水和尿素三类。液氨的投资和运转成本较低，但液氨的运输和运转存在安全隐患。现在，大多数电厂运用尿素作为还原剂，一些城市和郊区电厂运用氨。

SCR喷氨技能首要分为旋流混合技能和喷氨网格技能。前者是还原剂经过几个喷嘴进入烟气，氨氮经过涡流板等装置混合均匀。后者是经过大量喷嘴将烟气均匀注入，然后完成氨氮的均匀混合。随着对脱硝效率和氨氮逸出量要求的不断提高，对氨氮混合均匀性的要求也越来越高。现在，火力发电厂精氨喷吹改造大多选用两种组合技能，即分区喷氨技能、分区测量技能和涡流混合耦合技能。

现在，因为氨氮混合均匀性差，为保证脱硝效率，普遍存在过量注氨现象。实际上，脱硝装置出口氨气逸出率不大于3μL/L很难到达标准要求，SCR有必定的SO2/SO3转化率，一般小于1%。这两种现象一起发生，导致空气预热器冷端氨水硫酸氢结垢和腐蚀严重，增加了空气预热器的阻力和漏风率，甚至有的电厂呈现了电除尘器极线肥壮、滤袋糊、风机叶片结垢等现象。

需要注意的是，SCR对NO2的去除效率较低，当no/NO2混合比不一起，总的脱硝效率差别很大。

3.6 脱硝系统优化方法

该电厂通过脱硝流场优化改造、氨氮一体化网格取样测量装置改造，增加外挂模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）系统，以实现脱硝自动控制优化。①通过在脱硝入口烟道中布置多组导流板，在水平烟道内加装三角形大范围混合装置，实现烟气大范围混合，提高脱硝烟道NOx浓度场、温度场在不同负荷下的均匀性。②将涡流混合型AIG更换为格栅型AIG，从而实现布氨均匀性。③将脱硝出口采样装置改造为氨氮一体化网格取样测量系统，改善脱硝CEMS系统的测量结果代表性。④增加MPC，预测控制是一种基于模型的控制算法，这一模型称为预测模型。通过算力强大的硬件及技术先进的预测控制软件采集机组SCR参数并辨识，建立脱硝控制优化模型后进行多变量预测控制。MPC可根据模型计算获得控制目标的预测值，并通过不停刷新“预测值”与“目标值”的偏差，确定“当前值”所需要的最优控制指令[3]。

4 结语

总而言之，在当前社会经济快速发展的背景下，我国的工业得到了快速的发展，但在此过程中生态环境也受到了不同程度的破坏。而通过深入分析发现，导致我国当前环境污染问题日益严重的主要原因就是以电厂锅炉为主的工业发展中所产生的废气在很大程度上破坏了自然环境，也对人们的生命健康造成了威胁。而脱硝因其高效、节能等诸多的优点而逐渐应用于电厂锅炉的相关工作当中，文章主要对干法、半干法以及湿法的技术进行了深入的分析，从中发现，这些技术可以在很大程度上保证电厂锅炉脱硝以及除尘工作的效率和质量，这就为日后空气质量的提升以及电厂的环保发展奠定了基础。