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摘 要：目前，适用于燃煤电站锅炉的成熟的氮氧化物控制技术主要有低氮燃烧技术、选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）、选择性催化还原脱硝技术（SCR）等。这些技术可单独使用，也可组合使用，以达到不同水平的氮氧化物控制要求。，结合国内脱硝技术的发展情况，将低氮燃烧+SNCR+内置式SNCR系统技术应用于燃煤锅炉，获得更显著的脱硝运行成果。
关键词：混合法脱硝技术、低碳燃烧技术、选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）、选择性催化还原脱硝技术（SCR）、 发电锅炉NOX排放浓度
1.项目建设理由及前景
据2011年7月国家环保部颁发的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）最新要求，自2014年7月1日起，现有燃煤火力发电锅炉NOX排放浓度，以及2003年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉NOX排放浓度应控制在200mg/Nm3以下；其余燃煤火力发电锅炉NOX排放浓度应控制在100mg/Nm3以下。自从此规定颁布以来，国家增加对环保项目的投资，加强环境监测检查惩治力度。从当前社会形势及国家监管力度来看，尤其地处东北重工业基地，依托鞍山钢铁集团公司及鞍钢矿业集团公司两大环境影响企业，脱硝项目近年来将具有良好的前景与市场。此技术的实施也将对区域环境有较好的改善，具有良好的宏观社会效益。
2.项目简介与可行性分析
1）低氮燃烧技术
由NOx的形成条件可知，对NOx的形成起决定作用的是燃烧区域的温度和过量空气量。因此，低氮燃烧技术就是通过控制燃烧区域的温度和空气量，以达到阻止NOx生成及降低其排放的目的。常用的低氮燃烧技术有空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环技术、低NOx燃烧器。其中，空气分级燃烧技术是目前应用较为广泛的低氮燃烧技术。顶部燃尽风（OFA）、分离式燃尽风（SOFA）以及低氮燃烧（低氮燃烧）都属于此种技术。本项目所使用的低氮燃烧技术为空气分级燃烧技术。
空气分级燃烧技术是一种增压的火上风系统，该系统通过在二次热风道上开孔，将锅炉总风量的1/3热风引出，其中40%热风经低氮燃烧风机增压，其余部分热风从原有的压力系统引出，从不对称安放的喷嘴中以高速射流的形式分多点送入炉膛。锅炉上非对称布置的空气喷嘴（低氮燃烧喷口）的高动能射流会产生强烈的旋转扰动涡流，打破了炉内的大片层状流动，使炉内的混合和湍流得到了极大的提高。这将使得炉内的温度场和物料场分布更为均匀。从而改善了炉内的烟气温度分布，物料分布，热量吸收，CO的氧化和炉膛上部燃料的燃烬，使得炉膛的整个容积在燃料的燃烧过程中得到了更为充分的利用。
2）选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）
SNCR 脱硝技术是指在锅炉炉膛出口800～1250℃的温度范围内喷入还原剂（如氨水最佳喷射温度为800～1100℃，尿素为850～1250℃），将其中的NOx选择性还原成N2和H2O。SNCR工艺的NOx脱除效率主要取决于反应温度、NH3/NOx摩尔比、还原剂和烟气的混合程度、反应时间等。
在烟气进入SNCR 系统之前，低氮燃烧已在炉内创造了一个高动能的、混合充分的环境，使燃料得以均匀地分布。湍流空气通过低氮燃烧喷入炉内并进行混合，使锅炉内的化学吸收剂和燃烧物料可以有效地混合。SNCR 将化学吸收剂直接喷入分布均匀、旋转混合的炉膛内，减少了吸收剂的用量。
3）选择性催化还原脱硝技术（SCR）
选择性催化还原法（SCR）的基本原理是利用氨（NH3）对NOx的还原功能，使用氨气（NH3）作为还原剂，将体积浓度约5%的氨气通过氨气喷射格栅（AIG）喷入温度为300～420℃的烟气中，与烟气中的NOx混合后，扩散到催化剂表面，在催化剂作用下，氨气（NH3）将烟气中的NO和NO2还原成无公害的氮气（N2）和水（H2O）。这里“选择性”是指氨有选择的与烟气中的NOx进行还原反应，而不与烟气中大量的O2作用。整个反应的控制环节是烟气在催化剂表面层流区和催化剂微孔内的扩散。
混合法脱硝技术（低氮燃烧+SNCR+内置式SCR系统技术）：在低氮燃烧+SNCR系统基础上在上级空预器与下级省煤器之间设置一个内置式SCR系统。内置式SCR系统与典型SCR系统去除氮氧化物的原理相同。烟气经过低氮燃烧+SNCR系统后，NOx浓度已经降至180mg/Nm3，因此小型内置式SCR系统仅需达到44.4%的脱硝率就可以使NOx浓度降至100mg/Nm3。
该技术的优势如下：
a）脱硝效率高，系统简单
单独的低氮燃烧系统在不使用脱硝剂的情况下可达到50～70%的脱硝效率，而低氮燃烧+SNCR系统可达到70～85%的脱硝效率。可满足国家目前的排放要求，且不会降低锅炉效率。脱硝系统简单，若用尿素做还原剂，不需要设置尿素热解系统。
b）模块化技术组合，减小锅炉的改造工作量
根据机组排放的NOx浓度及脱硝要求，可选择单独使用低氮燃烧系统或者低氮燃烧+SNCR的模块化技术组合方式，用较低的成本高效地满足不同的脱硝要求。为达到200mg/Nm3的排放标准，不需对锅炉的省煤器、空预器等尾部受热面及空间做任何改动，只需对锅炉的二次风系统做适当的改造及水冷壁上开设一批低氮燃烧和SNCR喷口就满足系统的要求。
c）改善锅炉燃烧环境
低氮燃烧造成的旋转涡流极大地改善了炉内物料的充分混合并延长了物料在炉内的停留时间，这使得飞灰含碳量和炉膛出口处的CO浓度水平都有所降低，减少了锅炉的机械不完全燃烧热损失，从而提高了锅炉的效率。
d）减少约80～90%的SO3
低氮燃烧系统形成的高湍流优化了锅炉的燃烧性能，起到了减少过剩空气量并降低火焰最高温度的作用，从而有效地控制了SO2向SO3的转化。在不使用任何吸收剂的情况下，低氮燃烧可减少大约80%的SO3，显著改善锅炉的腐蚀和堵塞情况。
e）提高燃料的灵活性
低氮燃烧技术采用的是燃烧安全，经济，环保性能平衡的技术。在底部区域首先建立的是一个高温稳定的燃烧层，再逐层根据不同的煤种进行二次风量的配比（配比形式主要有束腰型，正宝塔型，均等性等），同时还会根据不同的煤种对一次风进行适当的调整，保证了燃烧区域的稳定安全。
3.技术应用情况、特点及环境影响
本技术已应用于鞍钢能源管控中心中央电站1，2号锅炉脱硝项目，系统运行稳定，NOX排放浓度在100mg/Nm3以下，效果理想。
低氮燃烧 + SNCR+内置式SCR技术，附加影响小、装置结构简单、脱硝效率高、运行可靠。此技术可使氮氧化物获得大幅度削减，氨的逃逸量最大值可控制在10ppm以下，对环境不致造成影响。脱硝过程中不产生其他固体废弃物，设备噪声也不影响厂界现有噪声水平。本技术在治理污染物的同时也提高了锅炉效率，还可与其他污染物处理技术兼容使用，在其他技术的基础上进一步提高对污染物的治理程度，解决了原技术存在的问题，如湿法脱硫存在的腐蚀问题、SNCR存在的烟道堵塞问题等。本系统可按模块式组合，并分阶段实施，避免一次性投资的浪费，运行经济且无二次污染。
参考文献：
[1]王振宇，燃煤电厂的除尘、脱硫、脱硝技术，沈阳环境科学研究院
[2]杨明珍，门静，姚生临，燃煤锅炉脱硫除尘技术及设备的现状评价，北京环境保护科学研究院，2004年中国国际脱硫脱硝技术与设备展览会暨技术研讨会
[3]钟秦编著，燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例：化学工业出版社2002
[4]郝吉明，田贺忠，中国氮氧化物排放现状、趋势及控制对策、清华大学环境科学与工程系，2004年中国国际脱硫脱硝技术与设备展览会暨技术研讨会
任剑锋，王增长，牛志卿，大气中氮氧化物的污染与防治，科技情报开发与经济，2003 |
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发表于 2022-2-27 18:44:14