浅析脱硫脱硝技术在企业自备电站锅炉系统改造中的应用

徐茂利

摘 要：企业自备电站锅炉脱硫脱硝项采用层燃锅炉低NOx燃烧系列集成技术对锅炉进行脱硝处理改造，采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的湿法脱硫装置进行脱硫。通过文章的分析，希望对相关工作起到参考的意义。

关键词：脱硫脱硝；自备电站；锅炉系统；应用

目前，随着国家环保部节能减排总体规划的实施，企业自备电站锅炉烟气排放实行（GB13223-2003）《火电厂大气污染物排放标准》中的Ⅱ时段排放的相关指标，烟尘最高允许最高排放浓度为50 mg/Nm3的限值、二氧化硫允许最高排放浓度为200mg/Nm3，氮氧化物允许最高排放浓度为650mg/Nm3。八九十年代建设的企业自备电站原有设施已无法满足要此求，其改造现有锅炉除尘脱硫脱硝项目已是迫在眉睫的大事。

宁安市镜泊湖糖业有限责任公司自备电站于1989年建设，公司正在运行的三台锅炉（35t/h×2台、20t/h×1台），原配套的除尘器是2006年投入使用的陶瓷多管除尘器，原有设施已不能满足现行排放标准。2012年对现有自备电站锅炉系统进行了脱硫脱硝除尘技术改造。项目采用层燃锅炉低NOx燃烧系列集成技术对锅炉进行脱硝硝处理改造，在原来的除尘器后增加湿法脱硫装置。

1 脱硝系统方案

1.1 采用层燃锅炉低NOx燃烧系列集成技术

针对燃煤工业锅炉的燃烧特性和NOx生成规律，脱硝工艺技国内开发了层燃锅炉低NOx燃烧系列集成技术。根据不同煤种、不同炉型、不同运行方式、不同控制指标，选择单元方案，协同实现煤层燃过程的NOx经济高效控制。单元技术包括如下内容：

1.1.1 煤层燃过程N元素前移途径改变技术

研究表明，煤中的含氮结构相对比较稳定，对于高挥发分煤，主要的氮析出一般在温度高于950℃时才会发生，此时煤己失重10%。在温度低于700℃时，基本没有HCN和NH3等前驱产物析出，焦油氮是主要的氮析出物。在高温下脱除挥发分时，氮的释放速率大于其余挥发分，导致焦炭中的N/C比小于原煤中的N/C比。

在挥发分热解过程中，燃料中的氮一部分随挥发分析出，这部分氮被称为挥发分氮；而另一部分留在焦炭中，被称为焦炭氮。燃料中的氮在挥发分和焦炭中的分配比例受多种因素的影响，主要包括：煤种、温度、加热速率、停留时间、压力和氧气水平。

对于低阶煤，氮组分的析出远慢于挥发分的析出，这主要是由于在低阶煤热解早期水分和小分子热解产物的迅速析出。对于中等煤阶的煤种，氮析出速率基本与挥发分析出速率相同；而对于高阶煤如低挥发分的贫煤和无烟煤，氮的析出速率反而要快于煤的失重速率。由于煤脱除挥发分的程度随温度升高不断增大，初级脱挥发分放出的焦油等物质，其含氮量与原煤接近；次级脱挥发分放出甲烷、氢气等气体，导致半焦N/C比升高；而随热解温度进一步升高，挥发分氮大量析出，导致煤焦N/C比趋于下降。

基于上述理论研究，提出了与关键参数：煤种、温度、加热速率、停留时间、压力和氧气水平等关联的N元素前移途径改变技术。通过匹配调整上述关键参数，实现煤层燃过程的自主低NOx排放过程。

1.1.2 低过量空气系数与贫氧燃烧结合的低NOx燃烧技术

针对燃料型NOx控制机理的研究已开展了近半个世纪，有试验表明，HCN是热解首先析出的物质，而NH3则在焦炭氧化及低阶煤的高温热解过程中析出。煤热解过程中释放的HCN量很少，但其余含N组分在高化学当量比气氛下会迅速转化为HCN。在富燃料气氛下，燃料N和C-H化合物的主要产物为HCN，所以在燃烧区域，燃料N主要以HCN形式析出。因此可以认为煤在高温主燃烧区域燃烧过程中，HCN是最稳定的含N产物。无论是在富燃料气氛下还是富氧燃烧气氛下，HCN都是析出的中间产物之一，HCN随后反应生成NHi，并进一步生成NO或者N2。

基于上述理论研究，提出了协同考虑煤层燃过程燃尽与低NOx生成的“低过量空气系数与贫氧燃烧结合的低NOx燃烧技术”。

1.1.3 气固异相催化还原NOx技术

煤在热解的过程中，挥发分N会生成中间产物HCN和NHi（R1），然后中间产物会被氧化为NOx（R2）或把NOx还原为N2（R3），而焦炭N在燃烧或者气化过程中则会被氧化为NOx（R4）。值得一提的是，NOx（高温下主要是NO）在焦炭表面又会被还原为N2（R5）。

1.2 具体工程技术方案

低NOX燃烧原理示意图如下。

具体包括三个系统和三个工作区域，三个系统为烟风调整系统、选择性气固分离系统和测量控制系统；三个工作区域为化学当量比调整区、炉内还原区和炉内燃尽区。

2 脱硫方案系统介绍

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是当今世界主导脱硫工艺，约占烟气脱硫装置总容量的90%以上，其特点是技术最为先进成熟，系统可靠性高，脱硫效率高，吸收剂来源广泛且价廉，副产品处理工艺技术成熟，自动化程度高，副产品有广泛的利用价值，适用于各种煤种。

2.1 工艺系统概述

本脱硫工程工艺系统主要由烟气系统、吸收塔系统、氧化空气系统、排浆及一级脱水系统、石膏二级脱水系统、吸收剂制备及加浆系统、工艺水系统、压缩空气系统等组成。吸收塔为逆流喷淋空塔，就地强制氧化方式。

脱硫产物石膏经一、二级脱水，汽车外运处置。

吸收剂制备系统按买粉制浆方案考虑。

脱硫废水为石膏滤液，直接送到锅炉房冲渣或粉煤灰调湿用，不另行设置脱硫废水处理系统。

2.2 脱硫系统图、布置图见附图。

改造后，经环保部门验收除尘效率可达99%以上、脱硫效率为90%、脱硝效率为40%。经除尘脱硫净化处理后，从烟囱排放的烟尘浓度为二氧化硫排放浓度为52.64mg/Nm3、氮氧化物排放浓度为315.92mg/Nm3。该值均低于国标（GB13223-2003）《火电厂大气污染物排放标准》中规定的锅炉二氧化硫最高允许排放浓度200mg/Nm3的限值、锅炉氮氧化物最高允许排放浓度650mg/Nm3的限值。