燃煤煙氣是二氧化硫和氮氧化物的最主要來源，對生態(tài)環(huán)境影響極大?；痣姀S作為主要的氮氧化物排放源，需要采用有效的脫硝方法減少NOx的排放。隨著“超低排放”在全國范圍內(nèi)的推廣，對脫硝技術(shù)提出了新的要求。本文結(jié)合CFB鍋爐超低排放改造實例，對組合式脫硝的創(chuàng)新應(yīng)用進行了相應(yīng)研究。

1引言

燃煤鍋爐生成的NOx主要由NO、NO?及微量N?O組成，其中NO含量超過90%，NO?約占5~10%，N?O只有1%左右。

NOx理論上有三條生成途徑：

一是燃料型NOx，燃料中的氮化物在煤粉火焰前端被氧化而成，所占NOx比例超過80~90%;

二是熱力型NOx，助燃空氣中的N?在燃燒后期1300℃以上的溫度下被氧化而成;

三是瞬態(tài)型NOx，由分子氮在火焰前沿的早期階段生成，所占NOx比例很小。目前，NOx控制技術(shù)主要有爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)和爐外煙氣脫硝技術(shù)兩種。

2爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)

由NOx的形成條件可知，對NOx的形成起決定作用的是燃燒區(qū)域的溫度和過?？諝饬?。因此，通過控制燃燒區(qū)域的溫度和空氣量，可達到阻止NOx生成及降低其排放的目的。

CFB屬于低溫燃燒(一般將料層溫度控制在850℃-950℃之間)，NOx排放濃度一般低于煤粉爐。一般在CFB低溫燃燒條件下，溫度每降低10℃，NOx的排放量平均減少20mg/m3。因此，降低料床溫度是降低CFB氮氧化物排放濃度根本保證。

一般可以通過二次風(fēng)重新布局、低氧運行模式、增設(shè)煙氣再循環(huán)和提高循環(huán)灰分離效率、給煤方式的改造等方式控制CFB來料床溫度，從而達到減少NOx的排放量的目的。

3爐外煙氣脫硝技術(shù)

爐外煙氣脫硝技術(shù)主要有以下兩種：選擇性催化還原(SCR)技術(shù)，選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝。

3.1選擇性催化還原(SCR)技術(shù)

SCR技術(shù)原理是把還原劑噴入鍋爐下游300~400℃的煙道內(nèi)，在催化劑作用下，將煙氣中NOx還原成無害的N?和H?O。脫硝效率可以高達95%，是一種成熟的深度煙氣氮氧化物后處理技術(shù)，無論是新建機組還是在役機組改造，絕大部分煤粉鍋爐都可以安裝SCR裝置。

受制于鍋爐煙氣參數(shù)、飛灰特性及空間布置等因素的影響，根據(jù)反應(yīng)器的布置位置，SCR工藝可分為高灰型、低灰型和尾部型等三種：

高灰型SCR是主流布置，工作環(huán)境相對惡劣，催化劑活性惰化較快，但煙氣溫度合適(300~400℃)，經(jīng)濟性最高;

低灰型SCR與尾部型SCR的選擇，主要是為了凈化催化劑運行的煙氣條件或者是受到布置空間的限制，由于需將煙氣加熱到300℃以上，只適合于特定環(huán)境。目前，大部分機組安裝了SCR裝置，均采用高灰型布置工藝。

高灰型SCR脫硝系統(tǒng)可分為催化劑系統(tǒng)、還原劑系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器系統(tǒng)等。

3.2選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝

SNCR技術(shù)是將氨基還原劑(如氨氣、氨水、尿素)溶解稀釋到10%以下，利用機械式噴槍將還原劑溶液霧化成液滴噴入爐膛，熱解生成氣態(tài)NH?(以液氨為還原劑的SNCR系統(tǒng)噴入爐膛的是氣相氨，不需熱解)，在850~1050℃溫度區(qū)域(通常為鍋爐對流換熱區(qū))和沒有催化劑的條件下，NH?與NOx進行選擇性非催化還原反應(yīng)，將NOx還原成N?與H?O。SNCR工藝比較簡潔，也是十分成熟的脫硝技術(shù)，相對SCR而言，脫硝效率偏低。但是，由于它的低投資和低運行成本，特別適合小容量鍋爐的使用。目前在歐洲和美國的300MW燃煤電站鍋爐上已有采用該法運行經(jīng)驗，但市場占有率非常低。

4某電廠脫硝超低排放改造實例

山西某電廠1、2號機組(2×330MW)采用2臺循環(huán)流化床鍋爐。脫硝系統(tǒng)后期建設(shè)，采用選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)工藝，采用尿素為脫硝還原劑，于2013年12月完成投運。該系統(tǒng)脫硝效率≥50%，出口NOx排放濃度≤100mg/Nm3。目前NOx排放濃度不能滿足超低排放小于50mg/Nm3的要求，因此需要進行超低排放改造。

本方案采用組合脫硝(即低氮燃燒+SNCR+SCR)的方式來降低NOx的排放。首先通過爐內(nèi)低氮燃燒改造將鍋爐出口NOx降至200mg/Nm3，然后通過優(yōu)化改造現(xiàn)有SNCR系統(tǒng)，將煙氣中NOx進一步降至70mg/Nm3，最后通過加裝SCR系統(tǒng)，達到超低排放煙NOx含量≯40mg/m3的要求。

第一步，爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)

采用CFB低氮燃燒改造技術(shù)降低鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的NOx濃度，改造后可將鍋爐出口NOx濃度從最初的300mg/Nm3降至200mg/Nm3。

第二步，優(yōu)化改造SNCR系統(tǒng)

通過更換SNCR噴槍為雙流體噴槍，噴嘴采用霧化噴嘴，增加脫硝噴槍燈方法優(yōu)化改造原有的SNCR系統(tǒng)，將煙氣中NOx含量進一步降低至70mg/Nm3，脫硝效率為65%。

第三步，新建SCR系統(tǒng)

新建SCR系統(tǒng)，最終將NOx由70mg/Nm3脫至≯40mg/Nm3，此時SCR脫硝效率為42.86%。

采用組合式脫硝較僅采用SCR脫硝催化劑加裝量少，因此可將SCR裝置放于鍋爐尾部煙道中。由于反應(yīng)溫度及安裝空間的限制，SCR催化劑將安裝在二級省煤器出口至一級省煤器入口之間煙道，煙氣擋板門上下空間各1.8米。節(jié)省了空間，降低了成本。

5結(jié)論

通過該電廠在300MW(設(shè)計煤種)、240MW、300MW(近期煤種)、165MW工況下脫硝系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)見下表。

表1性能試驗記錄表


通過改造后性能試驗，采用組合式脫硝系統(tǒng)，可以通過對SNCRHESCR的控制，來滿足鍋爐運行時煙氣中NOx含量達標(biāo)的要求，且能有較低的造價和良好的經(jīng)濟效益。因此，采用組合式脫硝方式在CFB鍋爐超低排放改造中可行，且可以進行推廣。