燃煤锅炉脱硝系统的运行优化分析

摘要：燃烧化石燃料对环境造成的危害是当今世界性的严重问题。化石燃料在燃烧过程中要释放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等有害化学物质，这些有害物质会直接或间接地危害人畜，导致机体癌变，产生酸雨，形成温室效应。对此，国家要求电力企业必须配备安装脱硝装置，用以降低对环境的破坏。文章对燃煤锅炉脱硝系统的运行优化进行了分析。

关键词：燃煤锅炉；脱硝系统；运行优化；化石燃料；电力企业；脱硝装置 文献标识码：A

中图分类号：X773 文章编号：1009-2374（2016）16-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.043目前的动力供给主要由燃煤提供，但在提升能源供给的同时，燃煤过程中产生大量的氮氧化物，主要包含NO、N2O及NO2。如果不及时地对燃煤所产生的氮氧化物采取有效的控制，会对我们的生活带来严重的负面影响。为了能够消除这种现状，必须采取更经济、更准确化的脱硝系统来降低在燃煤过程中产生的氮氧化物，因而优质的脱销系统具有一定的研究价值。

1 现阶段我国燃煤的脱硝状况

我国与发达国家比较，无论在燃煤技术应用方面，还是在脱硝技术应用方面，均存在一定的差距。从我国在脱硝工艺方面来看，我国绝大部分燃煤机组采用选择催化剂的脱硝工艺方法，因为选择催化剂的脱硝方法实现起来结构简单，脱硝率高，且在脱硝过程中不产生副产物，这种工艺在国际上应用也较为广泛。从脱硝技术和设备来看，我国大部分燃煤企业以引进国外先进技术为主，个别企业在引进的同时进行消化、吸收和创新，还开发了具有自主知识产权的选择催化剂的脱硝方法的关键技术。

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

虽然我国在燃煤脱硝产业中进步明显但其核心技术也较难突破，在脱硝技术和设备来看仍以进口为主，没有形成一套自主的、完整的脱硝技术解决方案。

2.2 催化剂来实现国产化

脱硝技术的核心技术就是脱硝催化剂，但就目前我国的脱硝技术而言，脱硝催化剂还需向国外进口，没有形成自主的产业链，因而造成我国燃煤电力的成本较高。燃煤企业在使用脱硝催化剂时，脱硝催化剂的选择和设计等方面都是由脱硝催化剂厂家提供，增大了承包方和使用方的协调难度，并有可能带来质量风险。流场设计对于脱硝系统在经济可靠性运行中起着关键作用，同时在整个燃煤设备正常运行中也起着举足轻重的作用。如果催化剂厂家在流场设计上设计不合理会使催化剂表面的气流、温度和氨浓度分布达不到使用要求，不仅影响脱硝效果，而且会出现催化剂积灰、堵塞等问题，影响正常生产。

2.3 脱硝催化剂行业缺乏统一标准和监管

因为我国各个燃煤企业所采用的脱销系统各不相同，相关部门在制定技术标准时也没有统一的体系进行参考，造成在脱硝产业上缺乏系统的考虑，影响脱硝产业的健康发展。催化剂的厂家都是按照国外标准进行翻译来的标准作为企业标准来对产品进行产品检测。因为催化剂产品之间差别很大，甚至对于在同一检测指标的定义都存在着差别，使催化剂的使用方无法真正地从质量上和优选催化剂进行判断，这是催化剂行业急待解决的问题。

3 降低燃煤排放的主要方法燃煤锅炉脱硝系统的运行优化分析

刘二明

（河南中源化学股份有限公司，河南 南阳 474775）

摘要：燃烧化石燃料对环境造成的危害是当今世界性的严重问题。化石燃料在燃烧过程中要释放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等有害化学物质，这些有害物质会直接或间接地危害人畜，导致机体癌变，产生酸雨，形成温室效应。对此，国家要求电力企业必须配备安装脱硝装置，用以降低对环境的破坏。文章对燃煤锅炉脱硝系统的运行优化进行了分析。

关键词：燃煤锅炉；脱硝系统；运行优化；化石燃料；电力企业；脱硝装置 文献标识码：A

中图分类号：X773 文章编号：1009-2374（2016）16-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.043

氮氧化物是化学燃料在燃烧过程中产生的由氮氧化而成的物质，它不仅对人的呼吸系统造成伤害，还损害动植物，破坏臭氧层。当一氧化氮进入大气后与氧气化合，生成二氧化氮，继而二氧化氮变为硝酸根，硝酸根遇雨被冲刷降落地面形成酸雨，氮氧化物是引起酸雨的主要物质之一，同时氮氧化物也是形成温室效应和光化学反应的主要物质之一。而火电厂、垃圾焚烧厂和水泥厂等都是氮氧化物产生和排放的主要场所，所以燃煤企业的减排受到格外的重视。目前全世界降低燃煤排放有效的主要方法大致可分为以下四种：

3.1 低氮燃烧技术

即在燃烧过程中控制氮氧化物的生成。低氮燃烧技术主要适用于大型燃煤锅炉等方面；低氮燃烧技术只能降低氮氧化物排放值的30%～50%，要进一步降低它的排放，必须采用烟气脱硝技术。

3.2 选择性催化还原技术

即主要用于大型燃煤锅炉，它是目前我国烟气脱硝技术中应用最多的。

3.3 选择性非催化还原技术

主要用于垃圾焚烧厂等中、小型锅炉，技术成熟，但其缺点是效率低于选择催化脱硝技术，优点是投资小、建设周期短。

3.4 选择性催化还原技术和选择性非催化还原技术相结合

主要在大型燃煤锅炉低氮氧化物的排放和场地受限的情况下使用，也比较适合于旧锅炉改造项目。

4 脱硝系统的工艺原理

目前国际上普遍使用选择性非催化还原脱硝和选择催化剂脱销的方法。

4.1 脱硝技术主要采用选择催化剂的脱硝方法

主要发生在催化剂、氨和烟气在催化的作用下发生的反应。混合气体在催化剂的作用下与烟气混合进入脱硝反应器。脱硝反应主要在310℃～410℃的范围内进行，当反应器超出此范围控制系统会自动报警并且停止氨的供给，而脱硝反应的产物水和氮烟雾会进入空气预热器中。氨作还原剂将氮氧化物催化还原为N2，烟气中的氧气很少与氨气反应故放出热量小，烟气脱硝技术的脱销效率可达到90%以上，它是最成熟也是最可靠的一种脱硝技术。

4.2 选择性非催化还原脱硝工艺

选择性非催化还原脱硝工艺是将含有氮氧化物基的还原剂（如氨气、氨水或者尿素等）喷入温度为850℃～1150℃的炉膛区域，氨气、氨水和尿素等还原剂通过安装在屏式过热器区域的喷枪喷入，氨气、氨水和尿素等还原剂迅速热分解成氨气和其他副产物，随后氨气与烟气中的氮氧化物进行选择性非催化还原脱硝反应而生成氮气和水。选择性非催化还原法在高温和没有催化剂的情况下，因为通过烟道气流中产生的氨气与烟气中的氮氧化物参与反应，放热量大，效率仅为30%～50%。选择性非催化还原脱硝的典型工艺流程为：氮氧化物经由还原剂、锅炉/窑炉（反应器）、除尘脱硫装置、引风机、烟囱完成分解。非催化还原脱硝还原剂以氨水（尿素溶液）为主，20%氨水溶液（或尿素需增加制备模块制成尿素溶液）经输送化工泵送至静态混合器，与稀释水模块送过来的软化水进行定量的混合配比，通过计量分配装置精确分配到每个喷枪，然后经过喷枪喷入炉膛，实现脱硝反应。

5 脱硝系统工艺技术的优化方案

5.1 选择催化剂脱硝的运行情况分析及优化方案

选择性选择催化剂的还原方法效率高、运行可靠，在国内应用比较广泛。然而，目前大型燃煤机普遍存在喷氨不准确、在选择性选择催化剂的反应器里分布不均匀、催化剂层入口处气体混合状况不佳等原因，造成喷氨过量且造成大量氨气逃逸的问题。氨气泄漏不仅给工厂带来经济损失，还会出现使催化剂老化等问题。针对此类问题国内在选择催化剂脱硝方面主要采用固定摩尔比方法，即：（1）利用进口烟气的流量和锅炉的负荷信号作为喷氨的信号源，再利用模糊控制规则进行范围预测，用以获得喷氨控制系统的反馈控制信号；（2）采用多点区域测量方法对出口处烟气氮的氧化物进行浓度检测并进行数据处理。这种方法主要采用在出口处固定氮的氧化物的含量的控制方式，同时控制氨气的用量，减少逃逸氨气的排放，从而进一步提高脱硝效果，并且可以控制运行成品。但这种方法需要对多个变量进行检测，逻辑控制比较复杂。

5.2 选择性非催化还原脱硝的运行情况分析及优化方案

（1）因为选择性非催化剂还原脱硝对反应温度区间的要求较高，温度较低或较高均易造成氨的泄漏。解决方法一：选择适合的还原剂，因为氨水的脱硝反应比尿素的低50℃～100℃，在低温区对于脱氨具有较好的效果；解决方法二：选择合理的喷氨位置。较长的氨停留时间和较好的混合效果均有利于解决氨泄漏的问题；解决方法三：适当添加增加剂可拓宽反应温度的窗口，使选择性非催化还原脱硝的效果显著增加。（2）脱硝效率低。造成选择性非催化还原脱硝系统效率偏低的原因及解决方法如下：还原剂分布不均匀，解决措施：重新调整喷枪及各阀门的开度，方便还原剂与烟气中的氮氧化物混合均匀，检查还原剂管道及阀门是否堵塞，检查锅炉的燃烧系统是否正常。（3）氨泄漏与SO3低温反应，导致空预器换热面堵塞或玷污。在空预器受热元件的中温段和低温段，泄漏的氨气与烟气中的SO3发生氧化反应形成硫酸氢氨。硫酸氢氨是一种腐蚀性强、具有黏稠性的固体，而且附着在受热元件的表面，其易吸附灰尘堵塞空预器，增加系统阻力，危害设备的正常运转。解决方法：选用搪瓷渡层换热元件，可降低硫酸氢氨在空预器换热元件上的形成速度。

6 结语

由于我国的空气污染已经引起国家和人民的重视，脱硝技术作为燃煤企业减少废气排放的重要技术，控制理论的脱硝控制系统的优化对燃煤企业起着关键性的作用。目前燃煤企业对脱硝控制和策略还存在很大的问题，但随着脱硝控制系统策略的不断优化，终有一天能够解决脱硝控制系统的诸多问题，从而使脱硝效率得到进一步的提升，进而促进我国燃煤企业的高效发展。以上分析了脱硝技术的工艺及影响因素以及优化设计，介绍了使用选择性非催化还原脱硝和选择催化剂脱销的方法，以期为燃煤企业及环境治理提供借鉴。

参考文献

[1] 尹延涛.燃煤锅炉脱硝系统的运行优化[J].化工管理，2014，（35）.

[2] 周礼学.燃煤锅炉脱硝系统的运行优化[J].华北电力技术，2012，（10）.

[3] 周国民，唐建成，胡振广，等.燃煤锅炉SNCR脱硝技术应用研究[J].电站系统工程，2010，26（1）.

[4] 刘丽梅，韩斌桥，韩正华，等.燃煤锅炉SNCR脱硝系统常见问题及对策[J].热力发电，2010，39（6）.

[5] 卜晓光，张勇.化肥厂燃煤锅炉脱硝系统改造[J].中国设备工程，2015，（8）.