脱硝技术在糖厂蔗渣锅炉上的应用探讨

王鞠萱，陆海玲

（广西上上糖业有限公司，广西 防城港 538000）

0 前言

2014年7月1日起，65t/h以上锅炉执行GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》，新标准允许烟气氮氧化物排放浓度由原来的450mg/m3降低至200mg/m3，糖厂的65t/h以上锅炉须执行上述排放标准。目前糖厂65t/h以上锅炉大多无脱硝设备，根据环保部门日常监测结果，氮氧化物浓度平均约300mg/m3左右，糖厂锅炉烟气的氮氧化物排放浓度超出新标准限值。

2014年9月1日国家发改委、财政部、环境保护部三部委联合下发《关于调整排污费征收标准等有关问题的通知》发改价格〔2014〕2008号。“通知”要求2015年6月底前，各省（区、市）价格、财政和环保部门要将废气中的二氧化硫和氮氧化物排污费征收标准调整至不低于每污染当量1.2元（原标准为0.6元/污染当量）；排污费征收新标准与旧标准相比增加了一倍。如果企业污染物排放浓度值高于国家或地方规定的污染物排放限值，或者企业污染物排放量高于规定的排放总量指标的，按照各省（区、市）规定的征收标准加一倍征收排污费；同时存在上述两种情况的，加二倍征收排污费。

根据《大气污染防治法》第四十八条“违反本法规定，向大气排放污染物超过国家和地方规定排放标准的，应当限期治理，并由所在地县级以上地方人民政府环境保护行政主管部门处一万元以上十万元以下罚款。限期治理的决定权限和违反限期治理要求的行政处罚由国务院规定。”；《环境保护法》第五十九条“企业事业单位和其他生产经营者违法排放污染物，受到罚款处罚，被责令改正，拒不改正的，依法作出处罚决定的行政机关可以自责令改正之日的次日起，按照原处罚数额按日连续处罚。”；《环境保护法》第六十条“企业事业单位和其他生产经营者超过污染物排放标准或者超过重点污染物排放总量控制指标排放污染物的，县级以上人民政府环境保护主管部门可以责令其采取限制生产、停产整治等措施；情节严重的，报经有批准权的人民政府批准，责令停业、关闭。”；《环境保护主管部门实施限制生产、停产整治办法》（环境保护部令第30号）第五条“排污者超过污染物排放标准或者超过重点污染物日最高允许排放总量控制指标的，环境保护主管部门可以责令其采取限制生产措施。”。锅炉烟气污染物超标排放，糖厂会存在超标排污面临行政罚款、高额缴纳排污费、按日记罚高额罚款等处罚，甚至被政府部门责令限制生产、停产整改的风险。

综上所述，糖厂为蔗渣锅炉找到一种适用的脱硝技术，已迫在眉睫。

1 几种脱硝技术比较

目前国内外对锅炉烟气中NOX的脱除办法主要有如下三种：一是炉内脱硝法SNCR；二是炉外脱硝法SCR；三是组合法SNCR+SCR。三种方案各有优缺点。

第一，炉内脱硝法SNCR投资费用较小，脱除效率通常为60%，常采用于低要求脱除效率的锅炉中。

第二，炉外脱硝法SCR效率较高，通常能达90%，但投资费用高，占地面积大。

第三，组合法SNCR+SCR组合法是一种新型的锅炉脱硝办法，NOX的脱除效率能达到SCR的水平，因其为两阶段脱硝，相比SCR而言催化剂使用量减少，投资费用大大减低，当然相比SNCR还是较高。

而蔗渣锅炉属于小容量锅炉，且其NOX原始浓度较低，只有220 mg/m3左右，只要达到60%脱除效率，就可保证达标排放，故投资较少的炉内脱硝法SNCR，是蔗渣锅炉的最佳选择。

2 SNCR炉内脱硝法在蔗渣锅炉上的应用

在SNCR技术设计和应用中，影响脱硝效果的主要因素包括：

一是温度范围。

NOx的还原反应发生在一特定的温度范围内（最佳的反应温度850℃～1100℃）。

二是合适的温度范围内可以停留的时间。

停留时间：指反应物在反应器内停留的总时间；在此时间内，NH3、尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤必须完成；停留时间的大小取决于锅炉的气路的尺寸和烟气流经锅炉气路的气速；SNCR系统中，停留时间一般为0.001s～10s。

三是反应剂和烟气混合的程度。

混合程度：要发生还原反应，还原剂必须与烟气分散和混合均匀；混合程度取决于锅炉的形状与气流通过锅炉的方式。

四是NH3/NOx摩尔比（化学当量比）。

五是未控制的NOx浓度水平。

六是气氛（氧量、一氧化碳浓度）的影响。

七是氮剂类型和状态。

八是添加剂的作用。

蔗渣锅炉的燃烧工况与燃煤锅炉相比，有着明显的不同。最主要的特点是炉膛温度严重偏离NOx的还原反应最佳的反应温度。

蔗渣锅炉的出口温度一般只有600～750℃，不在正常的SNCR脱硝温度范围，这对于普通的SNCR技术来说要达到高效率的脱硝效果并保证足够低的氨逃逸来防止尾部受热腐蚀堵塞是非常困难的。

对此应考虑采取以下措施来实现低温蔗渣炉高效脱硝。

第一，多层次布置喷枪，随着锅炉负荷和炉膛温度的变动，根据预设程序自动分级停止和启动喷枪，使得炉内脱硝还原反应始终处于高效状态。

第二，根据锅炉负荷的高低、烟气速度的快慢及NOX的浓度，系统自动控制喷射形状、射程和还原剂液滴大小，从而控制还原剂的最佳反应时间。

第三，还原区域由传统的炉膛出口改下移至温度较高炉膛中部。

第四，在必要的时候在还原剂中少量添加特殊的化学添加剂，调控潜在副产物的产生，利于在更大的温度范围内可降低NOx。

3 还原剂的选择

脱硝通常使用的还原剂有液氨、氨水和尿素，其性能优缺点见下表1。

表1 液氨、氨水、尿素各性能情况表

续表

从表1可以看出，三种还原剂中，液氨运行消耗费用最低，投资、运输和使用费用较低，但液氨属于危险品，必须有严格的安全保证和防火措施，其运输和储存涉及到很多法规和劳动卫生标准；氨水运行消耗费用最高，运输体积庞大，运输和储存费用最高，同时也涉及到部分法规和劳动卫生标准；尿素运行消耗费用接近液氨，算是比较经济，是一种安全的颗粒状农业肥料，无运输和储存问题，初期投资也少，是一种值得推广使用的还原剂。

4 SNCR炉内脱硝法工艺流程

Urea（尿素溶液）SNCR的基本反应式如下：

2CO（NH2）2+4NO+O2→4N2+2CO2+4H2O

影响脱硝效率的重要因素是燃烧温度和还原剂的喷射效果，氮氧化物还原反应是温度和时间为主要因素的还原反应，最佳温度范围以外副产物排放有所增加，最佳温度范围以外还原剂使用效率有所减少，因为使用设备的不同，最佳温度范围也会有所不同。

工艺流程见下图1。

5 炉内脱硝法SNCR的设备配置

SNCR炉内脱硝系统中，按流程配置有还原剂制备存储设施、循环模块、稀释模块、计量模块、分配模块和喷射模块，工艺和控制用的压缩空气需有设备提供，还原剂制备和稀释模块所用的溶解稀释水取用制糖生产中的I效汽凝水。

还原剂制备存储设施由不锈钢搅拌罐、不锈钢输送泵、不锈钢还原剂储罐用配套管道阀门组成，因工艺需要及防止还原剂低温溶解度变小而出现沉淀，还原剂储罐外围进行保温，保证溶液温度在30～50℃范围内，考虑到还原剂长期放置温度下降及减少投资，还原剂储罐容积设计为三天使用的储量，根据前一天的用量每天定时进行一次尿素溶液制备补充。

循环模块和稀释模块全称还原剂循环供应模块，模块使尿素（40%）溶液、稀释水在各自储罐和各台机的计量模块之间进行循环。循环模块主要由两台高扬程低流量的多级不锈钢立式循环水泵（一用一备）及相关配套控制阀门管路组成，通过返程的压力控制阀的自动调节，保证各计量模块进口还原剂总管还原剂的压力恒定。稀释模块主要由一个稀释水箱、2台高扬程低流量的多级不锈钢立式稀释水泵（一用一备）及相关配套控制阀门管路组成，同样通过返程的压力控制阀的自动调节，保证各计量模块稀释水进口总管还原剂的压力恒定。

此外还需配套一组计量模块，每组计量模块有两个支路，运行时根据锅炉负荷的变化、炉温、NOX浓度等实时参数通过预设程序控制还原剂的喷射量。

图1 SNCR炉内脱硝工艺流程图

分配模块设在计量模块与喷枪装置之间，负责调配各层喷枪的还原剂喷射量，配套三组分配模块，分别负责根据锅炉负荷的变化而按预设程序自动调配三层喷枪的还原剂输送。

控制系统采用智能化的DCS系统，配两台实时监控电脑及相关的打印设备，SNCR脱硝自动控制软件能实现循环模块、稀释模块、计量模块、分配模块和喷射模块有机组合，在60%～100%负荷范围内伴随锅炉实时工况有预判全自动调控脱硝系统的工作，保证锅炉达标排放。控制系统设手动和自动两种相互切换的操作方式。

脱硝技术在大型燃煤装置上已广泛应用，且技术成熟。但在蔗渣锅炉上应用还处在起步阶段，至2014/2015年榨季全国仅有广西罗城糖厂、香山糖厂、东江糖厂、贵港糖厂投入脱硝装置试运行。本文针对蔗渣锅炉的特性对SNCR炉内脱硝法在蔗渣锅炉上的应用进行进一步探讨，希望有助于糖厂蔗渣锅炉脱硝工作的开展。

［1］ 李宏伟.锅炉脱硝效率影响因素的实验研究，《电站系统工程》，2008.

［2］ 侯祥松.影响选择性非催化还原脱硝效率的因素分析，《中国动力工程学会青年学生年会》，2005.

［3］ 丁睿彬.SNCR法脱硝工艺影响因素的初步探讨， 《科技资讯》，2010.