彭丹，李玉娜，杜雅琴

（鄭州電力高等專科學校，鄭州450002）

　　摘要：某2×12MW生物質電站煙氣脫硝標準不達標，對其進行系統改造分析，設計改造為差速流化床鍋爐，SNCR脫硝系統可不做更換，大大降低投資費用。同時在引風機出口增加1套臭氧脫硝裝置或NaClO₂/NaClO脫硝裝置。對2種脫硝方案的工藝流程及改造經濟性等進行對比后，本次脫硝改造推薦采用NaClO₂/NaClO脫硝方案。

　　引言

　　我國生物質資源豐富，用于供熱、發電等方面的生物質鍋爐已具有很大規模，而且容量較小、形式多樣。但由于生物質中所含氮元素相對較高，在燃燒過程中燃料氮會轉化為氮氧化物（NO_x）造成霧霾、酸雨等嚴重的環境污染，目前，生物質鍋爐主要通過煙氣脫硝的方式減少NO_x排放。為改善大氣環境質量，保護生態環境，建設可持續發展經濟，某生物質發電廠擬對2臺機組進行脫硝系統減排改造，改造后煙氣排放要達到NO_x排放質量濃度不高于100mg/Nm^3[1]。

　　1現有鍋爐及脫硝系統

　　1.1鍋爐及脫硝系統基本參數

　　鍋爐為濟南鍋爐廠的75t/h中溫中壓自然循環聯合爐排鍋爐，鍋爐采用單爐膛、室外布置、固態排渣、全鋼結構、底部支撐、上部懸掛結構鍋爐。一、二次風量各占空氣量的60%和40%，一次風為爐排間隙通風，爐排下部是風室。鍋爐主要燃料是農作物秸稈，另外可摻燒木片、樹枝等。鍋爐及燃料主要特征參數如表1和表2所示。

　　1.2現有脫硝系統方案

　　脫硝系統設計選用選擇性非催化還原（SNCR）煙氣脫硝工藝^[2]，采用爐內噴氨方式將質量分數為20%氨水噴入爐膛。脫硝裝置入口煙氣NO_x含量按200mg/Nm³設計，設計脫硝效率逸50%，NO_x排放質量濃度不超過100mg/Nm³。

　　電廠現有脫硝還原劑為質量分數10%的氨水，在氨水儲存與制備系統中作為還原劑的氨水，經過計量分配裝置的精確計量分配、輸送到爐前SNCR噴***處，氨水在輸送泵的壓力作用下，通過噴***經過空氣霧化后，以霧狀噴入爐內，與煙氣中的NO_x發生氧化還原反應生成氮氣，從而達到去除NO_x脫硝目的。

　　SNCR裝置通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統，先將還原劑噴入第1個反應區（鍋爐爐膛為反應器），在850～1250℃高溫下，還原劑與煙氣中NO_x發生還原反應，將煙氣中NO_x還原成N₂和H₂O，從而實現脫氮。主要反應如下：

　　NO_x+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O(1)

　　4NO_x+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O(2)

　　另外，燃燒過程中影響NO_x生成的主要因素包括爐膛溫度、氧氣濃度和停留時間，過量空氣系數越大，則生成的NO_x就越多。

　　1.3現有脫硝系統效率

　　通過熱力試驗分析該鍋爐SNCR脫硝分別采用氨水和尿素作為脫硝還原劑時在不同溫度下效率如表3所示。

　　以上只考慮單層噴***的溫度與效率關系，在實際脫硝方案中會在爐膛布置多層噴***（一般為2層），噴***層可以根據爐膛溫度的變化進行切換或者調整，通過每層***的還原劑的流量來適應鍋爐負荷與溫度變化，保證鍋爐負荷在60%～110%之間變動時，脫硝效果滿足排放要求。

　　由表3可知，SNCR脫硝效率在850℃以上可達到60%，在900℃達到最大值。而溫度低于750℃時，鍋爐初始NO_x排放又會低于120mg/Nm³，在正常條件下，鍋爐的NO_x在采用SNCR脫硝時均能滿足NO_x排放不高于100mg/Nm³。但現在脫硝裝置入口煙氣中NO_x質量濃度最高達到220～230mg/Nm³，NO_x最高排放質量濃度達到110～140mg/Nm³，同時除塵器腐蝕嚴重，漏風較多，煙囪入口氧含量超過10%，使NO_x濃度值過高，達不到排放要求（≤100mg/Nm³），因此需要改造。

　　2脫硝改造方案

　　2.1脫硝改造分析

　　電廠鍋爐主要的低氮燃燒技術如表4所示。本次鍋爐改造充分利用現有成熟的低氮燃燒技術^[3-4]，并對鍋爐及除塵器做好密封，降低漏風，同時合理配風。在鍋爐本體改造時根據電廠燃料進行優化，降低飛灰可燃物含量及煙氣含氧量，同時控制復合爐排鍋爐爐膛溫度穩定在最佳反應溫度內（850～950℃）等方法，提高脫硝效率，滿足煙氣NO_x排放不超過100mg/Nm³。

　　本次改造擬采用差速流化床鍋爐或循環流化床鍋爐方案^[5]，由于循環流化床鍋爐煙氣NO_x生成量較低，現有鍋爐NO_x排放均可保證不高于150mg/Nm³，從源頭減少了脫硝壓力。

　　根據電廠已有的SNCR脫硝系統，如果改造為差速流化床鍋爐，SNCR脫硝系統可不做更換，更換循環流化床鍋爐時，只需要拆掉原有的鍋爐脫硝噴***等脫硝系統設備，并重新安裝在循環硫化床鍋爐即可，可大大降低了脫硝的投資費用。

　　2.2改造方案對比

　　當前，對現役機組進行超低排放改造勢在必行，超低排放改造技術路線成熟，可供選擇方案較多。本次改造考慮在引風機出口增加1套臭氧脫硝裝置或者NaClO₂/NaClO脫硝裝置，下面2種方案進行對比。

　　2.2.1臭氧氧化法脫硝^[6-8]

　　臭氧脫硝旨在脫除煙氣中的NO_x，臭氧煙氣脫硝的原理是用氧化劑將NO_x氧化成NO₂，生成的NO₂再用水或堿性溶液吸收，從而實現脫硝。

　　煙氣中NO_x的主要組成部分是NO_x，臭氧的高級氧化作用可以達到脫除效果，而且煙氣中的其他有害氣體也可以脫除。臭氧作為一種強氧化劑，可以將煙氣中不易溶于水的NO氧化成NO₂或更高價的NO_x，然后以相應的吸收液（水、堿溶液、酸溶液或金屬絡合物溶液等）對煙氣進行噴淋洗滌，使氣相中的NO_x轉移到液相中，實現煙氣的脫硝處理。脫硝工藝流程如圖1所示。

　　臭氧脫硝過程中NO的氧化機理比較復雜。在實際試驗中，可根據低溫條件下臭氧與NO的關鍵反應進行研究。

　　低溫條件下，O₃與NO之間的關鍵反應如下：

　　NO+O₃→NO₂+O₂(3)

　　NO₂+O₃→NO₃+O₂(4)

　　NO₃+NO₂→N₂O₅(5)

　　NO+O+M→NO₂+M(6)

　　NO₂+O→NO₃(7)

　　在典型煙氣溫度下，臭氧對NO的氧化效率可達84%以上，臭氧法氧化生成的高價態N₂O₅極易溶于水而生成HNO₃，需要進一步地吸收，常見的吸收液有Ca(OH)₂、NaOH等堿液，反應生成NaNO₃、Mg(NO₃)₂等無機鹽。有研究一種臭氧低溫氧化脫硝工藝及系統，通過臭氧分布器將臭氧發生器中產生的臭氧噴入煙道中，煙道出口與洗滌塔連接，使煙道中的臭氧和煙氣混合氣體進入洗滌塔中，被臭氧氧化的NO_x在洗滌塔中被水或堿性溶液吸收形成無機酸或無機鹽。也有試驗利用吸收液將高價NO_x還原成N₂后直接排入大氣中，如采用Na2S和NaOH溶液作為吸收劑，NO_x的去除率高達95%，但存在吸收液消耗量大的問題。

　　采用臭氧氧化法脫硝法，需要增加的主要設備如表5所示。

　　2.2.2 NaClO₂/NaClO氧化脫硝^[9]

　　NaClO₂/NaClO氧化脫硝在國內多家電廠已經投運，排放均能滿足環保要求。煙氣系統由原煙道、脫硝塔、除霧器、凈煙道及其輔助設備組成。從鍋爐引風機出口引出的煙氣，通過原煙道進入脫硝塔。在脫硝塔內凈化，經除霧器除去水霧后，通過凈煙道通過煙囪排入大氣。

　　反應過程如下：

　　1）氧化反應：煙氣與噴嘴噴出的循環漿液，在吸收塔內有效接觸，循環漿液氧化NO_x，反應如下：

　　2NO+ClO₂+H₂O→NO₂+HNO₃+HCl(8)

　　2）中和反應：氧化產生的SO₂、NO₂在吸收塔內，被煙氣中的堿性吸收劑漿液所吸收（以堿性吸收劑采用NaOH為例）：

　　HNO₃+NaOH→NaNO₃+H₂O(9)

　　2NaOH+2NO₂→NaNO₂+NaNO₃+H₂O(10)

　　2NaOH+SO₂→Na2SO₃+H₂O(11)

　　NaClO₂/NaClO脫硝工藝系統的具體配備設備清單如表6所示。

　　2.3方案選取

　　根據本項目原有脫硝系統運行情況及脫硝場地情況，本著盡量減少建設投資及運行費用，綜合考慮造價水平和改造經濟效℃，對比2種脫硝系統工藝的優缺點綜合評價。在典型煙氣溫度下，臭氧對NO的氧化效率可達84%以上，在利用水吸收尾氣時，NO的脫除效率達86.27%。但臭氧脫硝工藝會有較多的氧氣生成，造成煙氣排放氧含量增高，NO_x排放濃度值也會相應增高。同時電廠煙囪后側位置狹小，在本廠臭氧發生器需要新建1座房子，位置受限。同時吸收過程產生的酸性廢液難以處理、對設備要求高等問題難以避免。

　　NaClO₂/NaClO脫硝方案^[10]吸收效率高，裝置可靠性高；噴霧粒徑小，吸收漿液表面積大；液氣比小，裝置省電，循環泵直徑少，線速度低，使用壽命高；堿性吸收劑加入到循環漿液箱，進行雙pH值運行，保證了深度凈化的目標；同時能適應鍋爐40%BMCR和110%BMCR工況之間的任何負荷；另外本濕法吸收裝置無需重新改造，在保證供應脫硝氧化劑的情況下，具有脫硝效率可任意調節的功能。鑒于此，本改造推薦采用NaClO₂/NaClO脫硝方案。

　　3結論

　　隨著國家對污染物排放標準越來越嚴格，燃煤電廠煙氣脫硝改造勢在必行。脫硝技術改造對于不同電廠應因地制宜，本文結合該廠現有的SNCR脫硝現狀和基礎上分析目前存在的問題，并提出2種改造方案，通過技術、經濟對比分析后，選擇NaClO₂/NaClO脫硝方案。該方案優點如下：

　　1）脫硝效率高，吸收劑成本低；

　　2）操作易于自動化控制，負荷適應能力強；

　　3）綜合成本低，初投資少。

　　參考文獻

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