高分子脱硝设备的优化设计与应用

＊徐文哲 李铁林 魏钢 陈旭锋

（1.唐山环境监控中心 河北 063000 2.唐山旭阳机械设备有限公司 河北 063000 3.河北省唐山生态环境监测中心 河北 063000）

烟气高分子的脱硝设备技术主要是通过氧化、还原和吸附的反应对其进行脱离。主要将其分为湿法和干法，干法烟气脱硝法主要核心是采用氧化的方式将NO转化为NO2，然后采用吸收剂将氧化的NO2吸收掉；湿法烟气脱硝法主要操作方法有两种，第一种是采用现有的燃煤锅炉对已经安装完成的烟气进行脱硫，再进行适当的改造和调整方式，对烟气中产生的NO2起到脱离的作用；第二种主要是采用直接的湿洗法将硫进行洗涤脱除，这种方式主要需要装备将NO氧化为NO2的设备，这种方式能够高效的将烟气进行脱硝，但是操作过程繁琐复杂，会给水源造成大量的污染，因此不建议采用。干法烟气脱硝法是目前应该最为广泛且具有各方面优势的技术之一，其中主要采用催化剂对NO2进行还原反应。

1.烟气脱硝系统概况

在锅炉置放烟道的地方进行烟气脱硫装置的安装，采用这种装置，能够有效的将NO还原为无害气体氮气，降低对环境的污染，选择性非催化还原和选择性催化还原，这两种技术主要是脱硝的主要方式。

(1)选择性催化还原法(SCR)

主要工艺为将还原剂通过内置的催化剂，产生催化反应，将其稀释后产生反应从而生成氮气和水，通过上述反应对烟气起到脱硝的作用，其主要装置为催化剂、喷射系统和储存系统等组成。对于刚安装的催化剂，采用选择性催化还原法能够对NOX进行高效的脱除，但随着时间的延长和反应的变化，除尘系统和炉体会受到严重的损坏和腐蚀情况，导致烟道受到堵塞，从而降低脱硝工作的工作效率和设备的效能。采用SCR脱硝技术进行脱硝，会使催化剂的成分长期处于一种高灰尘的状态，会使催化剂的作用降低和时长增加，所以使用CFB锅炉会给SCR的实行和运行造成一定的难度。

(2)选择性非催化脱硝法(SNCR)

在对高分子的脱硝时，催化剂的使用率和时长会影响到脱硝反应的效果和成本的消耗。SNCR在操作中具有一定的益处，能够不需要添加额外的催化剂。SNCR主要是在室燃炉中进行，在室内时，烟气会受到流动不顺畅的影响，会使温度开始下降，在温度到达700℃时，脱硝反应会受到影响。在CFB锅炉出口之前，其中的燃烧反应会在这个环境内基本完成，烟气中的氧气含量开始趋于稳定状态，确保烟气的停留时间能够保持在2～3秒，在这个时间范围内能够确保SNCR的反应作用能够稳定运作。

2.高分子脱硝设备现状存在的问题分析

现实应用中大多采用气力直接喷射方式容易造成氧含量超标，通常是将10%～25%的范围内的尿素溶液喷进炉中，而且在炉膛高温下喷嘴出现烧损脱硝剂板结堵塞，影响脱硝设备的正常运转，但此工艺存在一定的劣势。

（1）被稀释过后的尿素溶液在喷入炉内时，会导致炉内带入大量的水分。大量的水分在炉内会产生蒸发反应，导致炉内的温度随之下降，降低炉内反应的效率和换热反应。与此同时，大量的水分在冷凝后会导致炉内的设备和除尘系统受到水分的影响，产生腐蚀和损坏现象，从而导致烟道和布袋受到堵塞。（2）在进行低负荷状态工作时，炉内的温度较低，温度较低不利于SNCR的工作和反应，导致脱硝工作受到影响，工作效率大大下降。（3）尿素被制成溶液的工艺操作环境复杂，成本较大。

3.烟气高分子脱硝优化设计

(1)SNCR脱硝工艺流程

目前SNCR的进行烟气脱硝的主要流程为：

图1 SNCR工艺流程图

SNCR的运行工艺需要采用利用二级料仓降低空气量，采用适量气流喷射降低氧含量，其中还需要对尿素的溶解增加溶解系统，确保尿素能够在溶解区域内充分溶解，降低炉内的温度。建造一个料仓来储放尿素脱硝剂，尿素的储存罐应该要确保整个脱硝的含量，支管上设有卸料阀组控制脱硝剂的供给量。确保整个脱硝的系统和环节能够稳定的进行。利用炉体原有结构，在炉膛温度正好处于NH3脱硝效率最佳的温度区间，将固体高分子脱硝剂直接较为均匀送入炉膛热解，作为还原剂实现脱硝功能；将有效降低脱硝成本，推进脱销工程的可行性和实用性。利用高压风将固体高分子脱硝剂在脱销温度最佳区间较为均匀的播撒进入炉膛高温区域热解，实现炉内烟气脱硝。使尿素能够与烟气均匀混合，确保脱硝工作的顺利进行，提高尿素的使用率和效率，减少浪费问题。

(2)控制系统

采用单独的DCS系统对脱硝装置进行控制和管理，在锅炉中也需要加入控制系统，通过工艺技术的管理和调节，使其能够形成自动便捷的操控系统，对其脱硝反应进行控制。将还原剂的储存系统和供应系统结合在一起，设置为一个主要的操控室，在对机器操控进行控制时，要确保操作员能够对监控系统进行实时的监控，确保通讯系统能够正常稳定的运作，出现异常时能够及时的调整的调节，确保工作人员能够对系统进行处理和修复情况，且运行人员还需要对控制室和控制系统进行定期的检查和维护，确保能够正常稳定的运作。

(3)还原剂溶解与储存系统

工程运作中的尿素溶液溶解和储存系统主要包含了溶解池和二级料仓和阀门的供给量开关等。尿素的储存罐料仓安放了呼吸阀，可以对其中的压力进行释放和调节，当其中的压力过大，可以打开起到降低压力的作用，压力过低会吸入空气确保能够正常工作。其中还配有压力表、温度仪等装置，能够确保信号的稳定和安全运转，便于脱硝控制系统能够对其进行调节和控制。罐内的排气管道部分可以当作液体过满留出对管道，在其超出流出后，尿素的溶液可以留回到溶解池内，其中还设置梯子和通风孔等部分装置，排污管道可以对设备进行检查和清洗时将尿素溶液排出到溶解池中。

(4)烟气分析仪系统

在每一台的锅炉的尾部出口部分安装烟气的分析测试装备，便于对NOX等烟气部分进行检测和评估，且在下级的省煤器部分和上级的空间预留器部分设置对氨气对逃逸检测装置，通过对其进行检测和分析，对逃逸的含量进行检测，再通过信息数据进入系统后，采用DCS系统对其进行监控和计算，在系统内实现对还原剂的含量监控和调节。

(5)工艺设计中涉及的节能措施

①采用一二级技术的结合运用，通过技术的结合运用起到降低NOX的排放量和浓度范围。②采用SNCR脱硝技术对高分子进行脱硝具有便捷性，提高脱硝的工作效率。③通过CFD的对数值的模拟情况和物理模型的计算对其操作过程优化和计算，从而起到优化脱硝工作的作用和降低操作时长和繁琐的意义。④对输送系统的管线进行合理的控制和管理，起到在运输管道中对运输产生的阻碍和对泵的浪费现象。⑤通过蒸汽的方式对脱硝工作中产生的吸热反应进行调整和控制，确保热能稳定供应，降低能源的浪费和消耗。

4.讨论

通过对上述的优化设计，本技术对炉膛的直接加固体高分子脱硝剂炉内热解装置与现有尿素溶液SNCR脱销装置具有一定的优势：（1）操作环节简便，对工艺设计合理，设备减少和成本降低；（2）系统的运行成本较低，热效率影响效果较小，水和电的消耗较低，采用固体高分子进行脱硝，可以避免水分蒸发所引起的效率降低和对除尘系统的损害；（3）系统控制系统对炉膛内的NOX污染物进行实时的监控，对脱硝剂的使用量进行控制和管理，减少浪费和氨逃逸造成的二次污染。便于对其进行自动化管理和控制。与此同时结合烟气再循环方式控制空气指数，降低氮氧化物的产生环境，提高低成本和高效率的脱硝工作。