简析层燃锅炉中脱硝技术的组合应用

＊夏德亮（渤海造船厂集团有限公司动能保障部 辽宁 125004）

简析层燃锅炉中脱硝技术的组合应用

＊夏德亮（渤海造船厂集团有限公司动能保障部 辽宁 125004）

分析现阶段所采用的几种脱硝技术，并结合实际运行状况分析几种脱硝技术在应用中存在的局限性，通过对在用链条锅炉实际运行状况，提出合理、经济的脱硝技术，使得在保正锅炉安全经济运行基础上实现烟气排放达标的最终工作目标。

脱硝；层燃炉；低氮燃烧；氮氧化物；臭氧脱硝

随着科技不断发展，人们自我环保意识不断增强，国家相关部门本着以人为本的工作理念，严格贯彻落实《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《国务院关于加强环境保护重点工作意见》等法律法规，陆续出台相关的大气污染物排放标准，针对这一标准的出台，相应的锅炉脱硫、除尘设备的改造工作全面启动，经过脱硫、除尘技术的大力推广使用，脱硫、除尘技术已经完全成熟的在实际中得到应用，使得大气污染物中颗粒物排放、二氧化硫排放完全能够达到现行国家要求的排放标准。同时，非层燃炉的氮氧化物处理技术SNCR法及SCR法也得到广泛应用并取得较好的成效，但对层燃炉的脱硝技术改造仍处于技术攻坚阶段，虽然有在烟道尾部增加臭氧脱硝的技术能够去除烟气中的氮氧化物，但在实际运行中，仅仅采用臭氧脱硝技术来去除烟气中的氮氧化物，运行成本极高，这是所有用户所不能承受的运行模式。

层燃炉脱硝不同于其他炉型脱硝，层燃炉因其固有的锅炉结构，炉内管系、燃烧系统错中复杂，如果盲目的在层燃炉型中使用SNCR法和SCR法脱硝，只能造成锅炉管系迅速腐蚀而处于瘫痪状态，而臭氧脱硝方法又存在极高的运行成本问题，那么如何来实现层燃料脱硝目标呢？我们要从其产生的原理进行分析，从中找到处理问题的关键点，有针对性的采取技术措施，从而实现经济高效的脱硝目标。

1.NOX的产生原理

一般燃煤设备燃烧过程中生成的氮氧化物包括NO、NO2、N2O等，其中NO占90%以上，NO2占5%～10%，N2O只占1%左右，因此燃烧过程中产生的NOX主要是指NO和NO2。在含氮物质的氧化和还原反应过程中，按照NOX生成的主要途径和来源可以分为热力型NOX、快速型NOX和燃料型NOX。

(1)热力型NOX主要是指在燃烧过程中参与燃烧的空气中的氮气被氧化生成NOX，其中的过程是一个不分支连锁反应。热力型NOX的生成机理是前苏联科学家捷里多维奇于1946年提出的，总反应如下：

N2+O2→NO

NO+O2→NO2

在这一反应中，只有当温度达到1500℃时NOX生成才变得明显，能占到NOX生成总量的20%以上，而且温度每升高100℃时，反应速率增大6～7倍，因此热力型NOX的控制原理就是降低高温火焰区的氧的浓度、降低燃烧温度以及缩短在高温区的停留时间，在工程实践中体现为用低氮燃烧器、浓氮燃烧、水蒸汽喷射以及高温空气燃烧等措施控制NOX的生成。

(2)快速型NOX的生成，Fenimove根据碳氢燃料预混火焰轴向NO分布的实验结果，指出碳氢自由基（Chi）在燃烧过程中撞击空气中N2分子生成HCN、NH、CN和N等中间产物，这些中间产物再进一步氧化生成NOX称为快速型NOX。快速型NOX中的氮虽然也来自空气中的氮气，但同热力型NOX生成机理却不同，快速型NOX的生成对温度依赖性很低，然而过量空气系数对快速NOX影响较大，燃烧中快速型NOX的生成量很少，一般不作为NOX控制的主要考虑对象。

(3)燃料型NOX是指燃料中的氮化合物，在燃烧过程中热分解后又氧化的NOX。由于N—H键和N—C键远比N≡N键要小得多，燃料型NOX的生成要比热力型NOX生成容易得多，生成NOX约占总量的60%～80%。

煤中的燃料氮，一部分在高温下转化成挥发份氮，另一部分留在焦炭中成为焦炭氮。挥发份氮和焦炭氮在一定条件下又生成NO2，燃料氮转化成挥发份氮的比例、挥发份氮以及焦炭氮转化生成NO的比例和燃烧温度、过量空气系数、空气与燃料的混合情况等燃烧条件等特性有关。

2.NOX浓度监测数据计算方法

在实际生产过程中，锅炉烟气监测最终数据是一个经过折算后的数据，并不是锅炉运行中产生的实际数值，折算公式如下：

ρ=ρ′×（21－ΦO2）／（21－Φ′O2）

式中：

ρ— 大气污染物基准含氧量排放浓度，mg／m3；

ρ′— 实测的大气污染物排放浓度，mg／m3；

ΦO2— 实测的氧含量；

Φ′O2— 基准氧含量。

3.产生机理分析及测算数据分析

(1)从NOX产生机理不难分析出，我们主要控制的是燃料型NOX，辅助控制热力型NOX，通过对这两个过程的控制，实现从根本上控制减少NOX的目的，从而降低脱硝成本的目标。但从实际生产中表明我们可以通过合理的科学技术控制NOX生成量，使其减少NOX生成总量的20%～30%。

(2)从NOX浓度监测数据计算公式分析，可以得出：大气污染物基准含氧量排放浓度与实际污染物排放浓度和实测的氧含量两个参数有关，烟气中实际含氧量变化范围为0%～21%之间，它的大小直接决定着最终考核的排放浓度值的大小，在实际生产中烟气中必然有一定的氧含量，如科学控制可控制在11%左右，这样就可以无限接近燃煤锅炉基准氧含量（Φ′O2）9%，使得大气污染物基准含氧量排放浓度与实测的大气污染物排放浓度无限接近。

4.层燃炉脱硝方案的确定

从上述分析研究表明，最终烟气排放中NOX浓度与煤的燃烧过程控制、燃烧过程中氧含量大小控制以及尾部烟气中NOX处理情况相关。根据对链条炉的普查情况，链条炉尾部烟气中NOX浓度在未采取任何措施前浓度为350～450 mg／m3；尾部烟气氧含量为13%～15%。

(1)现阶段国内、国际上使用的脱硝技术

①SNCR法脱硝

SNCR法脱硝，是在锅炉本体上选择加药点，利用新安装的药剂（氨水或尿素溶液）输送泵通过喷枪喷射到炉膛温度在850℃～1200℃燃烧区的位置，使喷射药剂在该温度下与烟气中的N0X等氧化物进行反应，从而达到脱硝的目的。缺点是：如果温度达不到反应要求，脱硝率将急剧下降或者为零；在使用中，会有氨逃逸问题及喷射点药剂对锅炉管系的腐蚀而造成的管系爆管及尾部省煤器、空气预热器的腐蚀问题；脱硝效率50%～70%，根据加药量改变。

②SCR法脱硝

SCR法脱硝，是在锅炉内反映环境温度不能达到SNCR法所需温度时，采取的更高一级的脱硝方法，此种方法是利用催化剂来降低药剂溶液与烟气中氮氧化物反应温度（反映温度为300℃左右），在省煤器到除尘器进口间选择合适的位置增加反应装置，从而达到脱硝目的。

缺点是投资费用较高，SCR法脱硝投资费用是SNCR法脱硝的3～5倍；新增加的反映场是在省煤器和除尘器之间，占地空间大，从设备安装位置及空间上限制了改中方法的实施使用，同时烟气阻力增加较大；脱硝效率能达到50%～70%左右，根据加药量改变。

③臭氧脱硝

臭氧脱硝，是在除尘器后、脱硫塔前的烟道上，选择适合点向烟气中注入臭氧，使烟气中的氮氧化物进一步氧化成为可吸收的N2O5，使烟气在进入脱硫塔中进行脱硫的同时达到脱硝的目的，脱硫、脱硝所使用的药剂溶液相同，仅增加药剂投入量即可同时完成脱硫、脱硝。

此种方法脱硝，需要增加臭氧制备等系统装置，需要新建厂房及配电间；此种方法脱硝，初期建设费用较高，设备投用后，氮氧化物排放值虽然可降到无限最小，但运行费用是与处理烟气中的NOX成正比关系，而且费用很高,如不计运行成本，脱硝效率可达100%。

④低氮燃烧技术

此种方法是依据炉型及燃用煤种，通过调整进入炉膛一次风量中配以二次烟气及尾部烟道中回收的炭晶颗粒，迫使锅炉燃烧过程中N元素的迁移技术，通过合理调配进入炉膛的风、烟气、炭晶颗粒来提高锅炉运行效率的同时降低氮氧化物的生成，从而实现烟气氮氧化物控制的目地。

低氮燃烧技术只能降低烟气中NOX含量的20%～35%，单独使用此中方法脱硝是实现不了烟气排放控制的指标；优点是此种脱硝方法初期建设费用、运行费用低；SNCR法脱硝、SCR法脱硝及臭氧脱硝在投入使用后，都会对锅炉运行效率有不同程度的降低，而低氮燃烧技术投入使用后会提高锅炉燃烧效率。

(2)结论

SNCR法、SCR法及臭氧法脱硝投入使用后运行成本都比较高，而低氮燃烧技术虽然运行费用很低，但效率低达不到使用要求。

综上所述分析，在层燃炉尤其是在链条炉中SNCR法脱硝及SCR法脱硝技术很难解决脱硝药剂对锅炉管系快速腐蚀的问题，虽然投用后能有一定的脱硝效果，但以大幅减低锅炉使用率为代价，此两种方法目前在技术上并不适合层燃炉脱硝；臭氧脱硝方法虽然单独使用初期建设费用和后期运行费用较高，但这种方法对锅炉管系及附属设备设施没有大的影响，也不会对锅炉管系造成腐蚀；低氮燃烧技术虽然效率低下，但它却是从根源上降低了NOX的产生，同时低氮燃烧技术能够提高锅炉热效率。

所以层燃炉脱硝方案应该确定为：锅炉密封改造+低氮燃烧技术+臭氧脱硝技术的三种方案共同使用。

夏德亮（1978～），男，渤海造船厂集团有限公司动能保障部，研究方向：机械设备维护，锅炉烟气治理等。

(责任编辑李燕）

Analysis of the Combined Application of Denitration Technoloy of Layer-burning Boiler

Xia Deliang
（Kinetic Energy Security of Bohai Shipyard Group co., LTD, Liaoning, 125004）

Analyze the several kinds of denitration technologies adopted at present stage and analyze the existing limitations of the application of several kinds of denitration technologies in application according to actual operation situation. According to the practical operation situation of chain-grate boiler, put forward the reasonable and economic denitration technology so that to achieve the finally working goal of reaching the standard of flue gas emission on the basis of guaranteeing the safe and economic operation.

denitration；layer-burning boiler；low-nitrogen combustion；nitric oxide；ozone denitration

T

A