摘要：燃燒化石燃料對(duì)環(huán)境造成的危害是當(dāng)今世界性的嚴(yán)重問(wèn)題?；剂显谌紵^(guò)程中要釋放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等有害化學(xué)物質(zhì)，這些有害物質(zhì)會(huì)直接或間接地危害人畜，導(dǎo)致機(jī)體癌變，產(chǎn)生酸雨，形成溫室效應(yīng)。對(duì)此，國(guó)家要求電力企業(yè)必須配備安裝脫硝裝置，用以降低對(duì)環(huán)境的破壞。文章對(duì)燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化進(jìn)行了分析。


關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；脫硝系統(tǒng)；運(yùn)行優(yōu)化；化石燃料；電力企業(yè)；脫硝裝置

目前的動(dòng)力供給主要由燃煤提供，但在提升能源供給的同時(shí)，燃煤過(guò)程中產(chǎn)生大量的氮氧化物，主要包含NO、N2O及NO2。如果不及時(shí)地對(duì)燃煤所產(chǎn)生的氮氧化物采取有效的控制，會(huì)對(duì)我們的生活帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。為了能夠消除這種現(xiàn)狀，必須采取更經(jīng)濟(jì)、更準(zhǔn)確化的脫硝系統(tǒng)來(lái)降低在燃煤過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物，因而優(yōu)質(zhì)的脫銷(xiāo)系統(tǒng)具有一定的研究?jī)r(jià)值。

1現(xiàn)階段我國(guó)燃煤的脫硝狀況

我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家比較，無(wú)論在燃煤技術(shù)應(yīng)用方面，還是在脫硝技術(shù)應(yīng)用方面，均存在一定的差距。從我國(guó)在脫硝工藝方面來(lái)看，我國(guó)絕大部分燃煤機(jī)組采用選擇催化劑的脫硝工藝方法，因?yàn)檫x擇催化劑的脫硝方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，脫硝率高，且在脫硝過(guò)程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物，這種工藝在國(guó)際上應(yīng)用也較為廣泛。從脫硝技術(shù)和設(shè)備來(lái)看，我國(guó)大部分燃煤企業(yè)以引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為主，個(gè)別企業(yè)在引進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行消化、吸收和創(chuàng)新，還開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的選擇催化劑的脫硝方法的關(guān)鍵技術(shù)。

2建設(shè)脫硝產(chǎn)業(yè)中存在的主要問(wèn)題

2.1脫硝技術(shù)掌握技術(shù)不足

雖然我國(guó)在燃煤脫硝產(chǎn)業(yè)中進(jìn)步明顯但其核心技術(shù)也較難突破，在脫硝技術(shù)和設(shè)備來(lái)看仍以進(jìn)口為主，沒(méi)有形成一套自主的、完整的脫硝技術(shù)解決方案。

2.2催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化

脫硝技術(shù)的核心技術(shù)就是脫硝催化劑，但就目前我國(guó)的脫硝技術(shù)而言，脫硝催化劑還需向國(guó)外進(jìn)口，沒(méi)有形成自主的產(chǎn)業(yè)鏈，因而造成我國(guó)燃煤電力的成本較高。燃煤企業(yè)在使用脫硝催化劑時(shí)，脫硝催化劑的選擇和設(shè)計(jì)等方面都是由脫硝催化劑廠家提供，增大了承包方和使用方的協(xié)調(diào)難度，并有可能帶來(lái)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

流場(chǎng)設(shè)計(jì)對(duì)于脫硝系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)可靠性運(yùn)行中起著關(guān)鍵作用，同時(shí)在整個(gè)燃煤設(shè)備正常運(yùn)行中也起著舉足輕重的作用。如果催化劑廠家在流場(chǎng)設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)不合理會(huì)使催化劑表面的氣流、溫度和氨濃度分布達(dá)不到使用要求，不僅影響脫硝效果，而且會(huì)出現(xiàn)催化劑積灰、堵塞等問(wèn)題，影響正常生產(chǎn)。

2.3脫硝催化劑行業(yè)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管

因?yàn)槲覈?guó)各個(gè)燃煤企業(yè)所采用的脫銷(xiāo)系統(tǒng)各不相同，相關(guān)部門(mén)在制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)也沒(méi)有統(tǒng)一的體系進(jìn)行參考，造成在脫硝產(chǎn)業(yè)上缺乏系統(tǒng)的考慮，影響脫硝產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。催化劑的廠家都是按照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行翻譯來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)作為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品檢測(cè)。因?yàn)榇呋瘎┊a(chǎn)品之間差別很大，甚至對(duì)于在同一檢測(cè)指標(biāo)的定義都存在著差別，使催化劑的使用方無(wú)法真正地從質(zhì)量上和優(yōu)選催化劑進(jìn)行判斷，這是催化劑行業(yè)急待解決的問(wèn)題。

3降低燃煤排放的主要方法燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化分析

氮氧化物是化學(xué)燃料在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的由氮氧化而成的物質(zhì)，它不僅對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成傷害，還損害動(dòng)植物，破壞臭氧層。當(dāng)一氧化氮進(jìn)入大氣后與氧氣化合，生成二氧化氮，繼而二氧化氮變?yōu)橄跛岣?，硝酸根遇雨被沖刷降落地面形成酸雨，氮氧化物是引起酸雨的主要物質(zhì)之一，同時(shí)氮氧化物也是形成溫室效應(yīng)和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)之一。

而火電廠、垃圾焚燒廠和水泥廠等都是氮氧化物產(chǎn)生和排放的主要場(chǎng)所，所以燃煤企業(yè)的減排受到格外的重視。目前全世界降低燃煤排放有效的主要方法大致可分為以下四種：

3.1低氮燃燒技術(shù)

即在燃燒過(guò)程中控制氮氧化物的生成。低氮燃燒技術(shù)主要適用于大型燃煤鍋爐等方面；低氮燃燒技術(shù)只能降低氮氧化物排放值的30%～50%，要進(jìn)一步降低它的排放，必須采用煙氣脫硝技術(shù)。

3.2選擇性催化還原技術(shù)

即主要用于大型燃煤鍋爐，它是目前我國(guó)煙氣脫硝技術(shù)中應(yīng)用最多的。

3.3選擇性非催化還原技術(shù)

主要用于垃圾焚燒廠等中、小型鍋爐，技術(shù)成熟，但其缺點(diǎn)是效率低于選擇催化脫硝技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是投資小、建設(shè)周期短。

3.4選擇性催化還原技術(shù)和選擇性非催化還原技術(shù)相結(jié)合

主要在大型燃煤鍋爐低氮氧化物的排放和場(chǎng)地受限的情況下使用，也比較適合于舊鍋爐改造項(xiàng)目。

4脫硝系統(tǒng)的工藝原理

目前國(guó)際上普遍使用選擇性非催化還原脫硝和選擇催化劑脫銷(xiāo)的方法。

4.1脫硝技術(shù)主要采用選擇催化劑的脫硝方法

主要發(fā)生在催化劑、氨和煙氣在催化的作用下發(fā)生的反應(yīng)?；旌蠚怏w在催化劑的作用下與煙氣混合進(jìn)入脫硝反應(yīng)器。脫硝反應(yīng)主要在310℃～410℃的范圍內(nèi)進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)器超出此范圍控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警并且停止氨的供給，而脫硝反應(yīng)的產(chǎn)物水和氮煙霧會(huì)進(jìn)入空氣預(yù)熱器中。

氨作還原劑將氮氧化物催化還原為N2，煙氣中的氧氣很少與氨氣反應(yīng)故放出熱量小，煙氣脫硝技術(shù)的脫銷(xiāo)效率可達(dá)到90%以上，它是最成熟也是最可靠的一種脫硝技術(shù)。4.2選擇性非催化還原脫硝工藝

選擇性非催化還原脫硝工藝是將含有氮氧化物基的還原劑（如氨氣、氨水或者尿素等）噴入溫度為850℃～1150℃的爐膛區(qū)域，氨氣、氨水和尿素等還原劑通過(guò)安裝在屏式過(guò)熱器區(qū)域的噴槍噴入，氨氣、氨水和尿素等還原劑迅速熱分解成氨氣和其他副產(chǎn)物，隨后氨氣與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行選擇性非催化還原脫硝反應(yīng)而生成氮?dú)夂退?br />
選擇性非催化還原法在高溫和沒(méi)有催化劑的情況下，因?yàn)橥ㄟ^(guò)煙道氣流中產(chǎn)生的氨氣與煙氣中的氮氧化物參與反應(yīng)，放熱量大，效率僅為30%～50%。選擇性非催化還原脫硝的典型工藝流程為：氮氧化物經(jīng)由還原劑、鍋爐/窯爐（反應(yīng)器）、除塵脫硫裝置、引風(fēng)機(jī)、煙囪完成分解。

非催化還原脫硝還原劑以氨水（尿素溶液）為主，20%氨水溶液（或尿素需增加制備模塊制成尿素溶液）經(jīng)輸送化工泵送至靜態(tài)混合器，與稀釋水模塊送過(guò)來(lái)的軟化水進(jìn)行定量的混合配比，通過(guò)計(jì)量分配裝置精確分配到每個(gè)噴槍?zhuān)缓蠼?jīng)過(guò)噴槍噴入爐膛，實(shí)現(xiàn)脫硝反應(yīng)。

5脫硝系統(tǒng)工藝技術(shù)的優(yōu)化方案

5.1選擇催化劑脫硝的運(yùn)行情況分析及優(yōu)化方案

選擇性選擇催化劑的還原方法效率高、運(yùn)行可靠，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛。然而，目前大型燃煤機(jī)普遍存在噴氨不準(zhǔn)確、在選擇性選擇催化劑的反應(yīng)器里分布不均勻、催化劑層入口處氣體混合狀況不佳等原因，造成噴氨過(guò)量且造成大量氨氣逃逸的問(wèn)題。

氨氣泄漏不僅給工廠帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)出現(xiàn)使催化劑老化等問(wèn)題。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題國(guó)內(nèi)在選擇催化劑脫硝方面主要采用固定摩爾比方法，即：

（1）利用進(jìn)口煙氣的流量和鍋爐的負(fù)荷信號(hào)作為噴氨的信號(hào)源，再利用模糊控制規(guī)則進(jìn)行范圍預(yù)測(cè)，用以獲得噴氨控制系統(tǒng)的反饋控制信號(hào)；

（2）采用多點(diǎn)區(qū)域測(cè)量方法對(duì)出口處煙氣氮的氧化物進(jìn)行濃度檢測(cè)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這種方法主要采用在出口處固定氮的氧化物的含量的控制方式，同時(shí)控制氨氣的用量，減少逃逸氨氣的排放，從而進(jìn)一步提高脫硝效果，并且可以控制運(yùn)行成品。但這種方法需要對(duì)多個(gè)變量進(jìn)行檢測(cè)，邏輯控制比較復(fù)雜。

5.2選擇性非催化還原脫硝的運(yùn)行情況分析及優(yōu)化方案

（1）因?yàn)檫x擇性非催化劑還原脫硝對(duì)反應(yīng)溫度區(qū)間的要求較高，溫度較低或較高均易造成氨的泄漏。解決方法一：選擇適合的還原劑，因?yàn)榘彼拿撓醴磻?yīng)比尿素的低50℃～100℃，在低溫區(qū)對(duì)于脫氨具有較好的效果；解決方法二：選擇合理的噴氨位置。較長(zhǎng)的氨停留時(shí)間和較好的混合效果均有利于解決氨泄漏的問(wèn)題；解決方法三：適當(dāng)添加增加劑可拓寬反應(yīng)溫度的窗口，使選擇性非催化還原脫硝的效果顯著增加。

（2）脫硝效率低。造成選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)效率偏低的原因及解決方法如下：還原劑分布不均勻，解決措施：重新調(diào)整噴槍及各閥門(mén)的開(kāi)度，方便還原劑與煙氣中的氮氧化物混合均勻，檢查還原劑管道及閥門(mén)是否堵塞，檢查鍋爐的燃燒系統(tǒng)是否正常。

（3）氨泄漏與SO3低溫反應(yīng)，導(dǎo)致空預(yù)器換熱面堵塞或玷污。在空預(yù)器受熱元件的中溫段和低溫段，泄漏的氨氣與煙氣中的SO3發(fā)生氧化反應(yīng)形成硫酸氫氨。硫酸氫氨是一種腐蝕性強(qiáng)、具有黏稠性的固體，而且附著在受熱元件的表面，其易吸附灰塵堵塞空預(yù)器，增加系統(tǒng)阻力，危害設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。解決方法：選用搪瓷渡層換熱元件，可降低硫酸氫氨在空預(yù)器換熱元件上的形成速度。

6結(jié)語(yǔ)

由于我國(guó)的空氣污染已經(jīng)引起國(guó)家和人民的重視，脫硝技術(shù)作為燃煤企業(yè)減少?gòu)U氣排放的重要技術(shù)，控制理論的脫硝控制系統(tǒng)的優(yōu)化對(duì)燃煤企業(yè)起著關(guān)鍵性的作用。目前燃煤企業(yè)對(duì)脫硝控制和策略還存在很大的問(wèn)題，但隨著脫硝控制系統(tǒng)策略的不斷優(yōu)化，終有一天能夠解決脫硝控制系統(tǒng)的諸多問(wèn)題，從而使脫硝效率得到進(jìn)一步的提升，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)燃煤企業(yè)的高效發(fā)展。

以上分析了脫硝技術(shù)的工藝及影響因素以及優(yōu)化設(shè)計(jì)，介紹了使用選擇性非催化還原脫硝和選擇催化劑脫銷(xiāo)的方法，以期為燃煤企業(yè)及環(huán)境治理提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]尹延濤.燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化[J].化工管理，2014，（35）.

[2]周禮學(xué).燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化[J].華北電力技術(shù)，2012，（10）.

[3]周?chē)?guó)民，唐建成，胡振廣，等.燃煤鍋爐SNCR脫硝技術(shù)應(yīng)用研究[J].電站系統(tǒng)工程，2010，26（1）.

[4]劉麗梅，韓斌橋，韓正華，等.燃煤鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策[J].熱力發(fā)電，2010，39（6）.

[5]卜曉光，張勇.化肥廠燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)改造[J].中國(guó)設(shè)備工程，2015，（8）.