集中供热锅炉烟气脱硝技术的应用

王艳杰1 王文影2

1中国重汽集团济南卡车股份有限公司设备动能部 250016；

2大连城建设计研究院有限公司 116021

摘要：进入21世纪以来，我国在科教文卫、公共服务等领域取得了辉煌成就，经济飞速发展的同时，环境形势日益严峻。就大气而言，主要的污染物是粉尘、SO2、CO2、氮的氧化物等。煤炭燃烧产生大量的硫氮化合物和CO等有毒气体，对环境影响极大。氮的氧化物已成为继粉尘和SO2之后燃煤锅炉环保治理的重点。集中供热锅炉烟气脱硝技术有待进一步提高。本文主要针对集中锅炉的烟气脱硝技术进行了研究，论述了集中锅炉的烟气脱硝中对锅炉的改造，分析了集中供热锅炉的烟气脱硝技术中 SCR 工艺技术的优化，并提出了尿素热解制氨技术，探讨了其控制策略的开发。

关键词：集中锅炉；烟气脱硝；SCR工艺技术；尿素热解制氨技术

前言

集中供热是指以热水或水蒸气为媒，由一或多个供热点通过供热网络向周边城市或乡镇住户提供热能的方式，是我国重要的基础设施之一。集中供热能够有效简化供热系统机构，精简人员，节约开支，提高供热效率。但同时带来严重的生态问题：煤炭集中燃烧使氮氧化物排放量迅速增加且聚积一处，容易形成区域性的酸雨和光化学烟雾，对城市建筑，乡镇树木的腐蚀侵害严重，甚至危害当地居民的身体健康。虽然国家制定了煤炭燃烧的污染物排放标准，但在实际生产中很难达标。因此，必须采取有效的烟气脱硝技术控制氮氧化物的排放，以缓解工业燃煤造成的大气污染形势。本文主要针对集中供热锅炉的烟气脱硝技术从以下几个方面进行了研究和探讨。

一、集中供热锅炉烟气脱硝中锅炉的改造

集中供热锅炉的烟气脱硝技术的实施首先要对供热锅炉进行改造，改变锅炉通风口和进料口的方向，完善锅炉的受热结构，保证SCR装置系统入口烟气温度能够满足290℃～410℃高温催化剂的工作温度，使SCR装置处于能够连续投运的状态。调整锅炉结构，还要对热力进行计算和研究，以锅炉的低负荷为基本标准，保证SCR装置在基本负荷标准的范围内，炉内温度处于正常水平。从而保证脱硝的运行和供热效率。

三、集中供热锅炉烟气脱硝技术中SCR工艺技术的优化

为解决SCR脱硝技术的的简单移植到集中供热锅炉中存在的SCR脱硝技术难以适应集中供热锅炉负荷和炉温频繁变化、无法达到持续稳定运行效果等问题，就必须对SCR工艺装置进行优化，以保证SCR脱硝技术的顺利实施，从而实现集中供热锅炉烟气脱硝的目的。

（一）SCR 工艺技术的原理分析

SCR工艺技术是目前应用最为广泛也是效果最为明显的烟气脱硝技术，主要采用选择性催化还原的方法来实现烟气脱硝。在具体实施中，烟气中的氮氧化物在催化剂的作用下，将氮氢化物作为还原剂，从而使得氮氧化物被还原成为不会造成大气污染的氮气和水。在反应中，还原剂有选择性的与烟气中残留的氧气发生了反应。因此，SCR脱硝工艺技术被称为选择性催化还原法。在催化剂的选择上，也要注意催化剂的适当。适當的催化剂将直接决定烟气脱硝反应有效进行的温度范围，对于烟气脱硝的效果有着很大的影响。

（二）SCR脱硝工艺系统的物料平衡

SCR工艺系统的物料平衡是SCR工艺技术设计优化的可靠依据，要求模拟研究集中供热锅炉整个烟气脱硝过程，在建立物料平衡、能量平衡和化学反应平衡虚拟工程平台的基础上，根据基本设计条件的要求，计算出装置在不同负荷和工作状况下的系统物料平衡和消耗状况。

（三）SCR装置优化与数值的模拟

为保证集中供热锅炉烟气脱销的效率，要求烟气中的氮氧化物和还原剂必须混合良好并保持速度的均匀，这对于保证催化剂体积选择的经济和合适有着重要的意义。这就使得对各种负荷条件下的速度和氨分布的变化情况进行分析显得尤为重要。计算变负荷条件下流畅的数值能够促进烟道和导流叶片布置的优化，从而使得设定的目标能够在任何工作状况下都得以实现。受脱装置一般都置于集中锅炉之后，集中供热锅炉烟气的温度很高，以及SCR装置反应器自身特点的影响，脱硝过程对于速度、烟气中的氮氧化物和还原剂的混合、温度以及飞灰的负载分布要求都十分苛刻。因此，必须改变传统的设计方法，对SCR装置设计进行优化。因此，在继承SCR反应器及其连接烟道的设计及工程调试经验的基础上，要结合现场测试结果，验证、修改数值计算结果，建立科学合理的SCR装置设计的理论和方法。其中，需要计算的主要内容包括：

1.运用有限体积法计算数值模拟SCR反应器及连接烟道，从而采取改进烟道形状、布置，增设导流叶片的措施。

2.计算数值，获取喷氨格栅上每一位置的开孔喷出的氨的流动轨迹及迁徙规律，并对其进行调整开孔位置及大小的优化设计。

3.在负荷标准不同的基础上，分析不同工作状况下的烟气速度分布及氨扩散规律。

4.分析飞灰在SCR 装置中的运动规律，从而在理论上确定出可能发生积灰的位置，从而采取声波吹灰、振打装置和增设灰斗的工程改进措施。

四、尿素热解制氨技术及其控制策略的开发

快速跟踪负荷变化的还原剂制备及控制调节技术的开发是保证集中供热锅炉烟气脱硝得以顺利进行的重要措施。尿素热解制氨技术的应用，是其关键举措。尿素热解制氨系统工艺流程：用脱盐水将颗粒尿素溶解40%～50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶解泵输送到尿素溶液储罐中存储；尿素溶液经尿素溶液循环泵、计量分配装置进入热

解反应器内，与经稀释风机、电加热器输送过来的高温空气混合，尿素在温度高时不稳定，分解成NH3和HNCO。尿素热解系统的控制是尿素喷射的控制基于机组负荷信号以及来自NOx分析仪或者CEMS系

统的反馈。在热解反应器中的短时停留使SCR反应剂的生产可以快速跟踪负荷的变化，系统可以快速启动和关闭。

根据尿素热解制氨工艺的原理和流程，制氨区系统包括固体颗粒尿素的存储和卸料系统、尿素溶解和存储系统、尿素溶液给料系统、尿素溶液热解系统、自动控制系统、排放处理系统。尿素热解系统包括高流量和输送装置、背压控制阀、计量和分配装置、热解反应器、稀释风机、稀释风电加热系统及控制系统等。整套系统均需要考虑到夏天防晒和冬天防冻的具体措施。尿素热解系统使得快速跟踪负荷变化的还原剂制备及控制调节技术的开发得以实现，确保了脱硝效率稳定以及氨出口逃逸率满足标准要求。

在具体的控制实施中，进出口NOx含量应根据进口O2含量，折算为在6%O2下的数据。比较尿素溶液流量需求信号送到PLC控制器并和真实尿素溶液流量的信号，所产生的误差信号经比例加积分动作处理送喷枪前的尿素溶液流量控制阀进行定位。通过此前馈过程保证控制系统能够快速跟踪锅炉的负荷变化或入口NOx浓度的变化。同时要计算出修正的反馈信号并输入在尿素溶液流量控制系统的程序上。

五、结语

烟气脱硝技术在20世纪末才传入我国，起步晚、发展慢，然而国内煤炭行业的蓬勃发展给我国的生态环境提出一个不小的挑战。集中供热已成为具有中国特色，而且被人们习惯的供热方式。减少煤炭燃烧产生的烟气污染唯一的方式就是深入对烟气脱硝技术的研究。SCR脱硝工艺在集中供热方式下暴露出它的局限性：对负荷频繁变化，炉温变化难以适应，无法达到持续稳定运行。需要政府对该类技术提供政策和资金上的支持。通过国内科研院所、设备制造厂针对链条炉排锅炉燃烧特点，在优化配风、燃料再燃、烟气再循环等方面深入开展研究，相信锅炉烟气脱硝技术在我国集中供热领域会有美好的发展前景。

参考文献：

[1]沙乖凤.燃煤烟气脱硫脱硝技术研究进展[J].化学研究.2013（03）

[2]冯威.火电厂烟气脱硫脱硝一体化技术的发展[J].广州化工.2013（08）