煤气发电两种脱硫脱硝技术的实践分析

郭 军，胥海江，张鑫宇，祁艳莹，王 欣，孟繁彬

（河钢唐钢公司动力部，河北唐山 063000）

1 概述

煤气的化学成分主要元素有碳、氮、硫等，燃烧过程中会产生多种危害环境的有毒有害气体，同时，还会向大气排放含有矿物质微粒的烟气，对环境造成污染。为解决该污染，脱硫脱硝技术技术开始发展、成熟，并得到了广泛应用［1］。

唐钢新区煤气发电目前有3 台燃气锅炉，分别为一期的2 台260 t∕h 燃气锅炉和二期的1 台330 t∕h燃气锅炉，260 t∕h 燃气锅炉采用的是选择性非催化还原法（SNCR）+固定床脱硫脱硝技术，330 t∕h 燃气锅炉采用的是选择性催化还原法（SCR）+小苏打干法（SDS）+布袋除尘脱硫脱硝技术。为确定两种脱硫脱硝工艺的经济性和实用性，结合现场实际运行情况对两种技术进行分析比较。

2 系统介绍

2.1 SNCR+固定床脱硫脱硝技术

260 t∕h 燃气锅炉采用SNCR+固定床脱硫脱硝技术，工艺流程图见图1，其中固定床脱硫脱硝包括干法脱硫技术和干法低温无氨催化脱硝技术，布置在高温超高压机组烟囱和烟道两侧。该烟气净化系统处理后的达标烟气，经烟囱排入大气。固态脱硝剂和固态脱硫剂一般不受烟气温度和含水量的限制和影响。SNCR 脱硝技术利用还原剂高效氨氮化合物对烟气中的NOx 进行选择性的非催化还原，将NOx 转化为N2［2］。SNCR 脱硝技术工程量小、工艺简单，只需将氨水或尿素等还原剂制备好后，喷入锅炉相应的温度区间内进行脱硝反应。

图1 SNCR+固定床脱硫脱硝系统工艺流程图

2.1.1 干法脱硫技术

干法脱硫技术是采用氧化催化剂将烟气中的SO2先氧化成为SO3，然后被Ca（OH）2吸收生成CaSO4的技术。

该技术在工程上是采取类固定床技术（或间歇式移动床），将碱（石灰、氢氧化镁等）与催化剂的成型颗粒装于脱硫反应器中，待烟气流过时，先将其所含的SO2氧化成为SO3后，被Ca（OH）2反应固化成为CaSO4（石膏）固体。整个过程不使用水，亦不产生废水。操作控制过程简单，对于短时间内烟气条件的一些波动不敏感，几乎适于所有的烟气条件。

2.1.2 干法低温无氨催化脱硝技术

干法低温无氨催化脱硝技术不使用氨气，是采取催化剂脱硝而不是氧化剂化学反应脱硝的技术。

如果烟气中没有CO 或其含量不足，则NO2可以被碱吸收，反应生成NO 继续重复上述氧化反应，反应式如下：

脱硝催化剂系列为高效复合氧化催化剂，无毒无二次污染，可以在较宽和较低的温度范围内（300 ℃以下）将NO 氧化为NO2，能有效去除烟气中的NOx。过程简单操作方便，投资运行成本均较低。由于不使用氨气，无安全隐患。

干法低温无氮催化脱硝对于短时间内烟气条件的一些波动不敏感，几乎适于所有的烟气条件。

2.1.3 SNCR脱硝技术

选择性非催化还原（SNCR）技术是在烟气温度800～1 050 ℃，氧气共存条件下，向炉膛中直接加入脱硝剂，将NOx还原成N2和H2O的方法。

由于煤气锅炉温度分布波动较大，因此，在锅炉不同高度上布置5 层共21 个喷射点，通过连续检测脱硝烟气的含量和锅炉温度的变化，调整反应物的分布和使用量。

2.2 SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术

330 t∕h 燃气锅炉采用SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术，工艺流程图见图2。SDS脱硫工艺称小苏打干法脱硫工艺，采用国外先进干法脱硫——钠基干法脱硫除尘一体化技术（简称钠基干法），SCR 脱硝技术采用选择性催化还原技术，系统主要包括SCR反应器系统、氨混合喷射系统、氨水汽化系统和压缩空气吹扫系统［3］。

图2 SCR+SDS+布袋除尘脱硫系统工艺流程图

2.2.1 SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术

将研磨后粒径为800 目以下的小苏打（NaHCO3）超细粉喷入钠基干法反应器内，NaHCO3超细粉在高温烟气的作用下分解出高活性Na2CO3和CO2，Na2CO3与烟气中的SO2及其他酸性介质充分接触后发生化学反应，被吸收净化。脱硫后的粉状颗粒产物随烟气进入布袋除尘器进行除尘，净化后烟气通过原烟囱排放。

主要反应：2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2

副反应：SO3+Na2CO3=Na2SO4+CO2

由于锅炉长时间处于满负荷生产运行，因此，对布袋除尘器设计要求较高，布袋除尘器滤袋使用寿命应不低于3 年，且布袋除尘器最大烟气处理能力满足锅炉最大蒸发量工况要求。

2.2.2 SCR脱硝技术

系统采用的选择性催化还原法（SCR）脱硝技术采用的脱硝还原剂有效成份为NH3。

脱硝反应一般在300～420 ℃范围内进行，此时催化剂活性最大。

3 项目运行成本与应用效果

3.1 运行成本

3.1.1 SNCR+固定床脱硫脱硝工艺

煤气发电一期260 t∕h 燃气锅炉固定床脱硫脱硝工艺为了保证脱硫脱硝效果和药剂的有效性，每年需要进行药剂更换，每年需要采购固定床脱硫剂2 000 t，费用大约是1 200 万元；固定床脱硝剂2 000 t，费用大约是3 700 万元。SNCR 液态脱硝剂喷药量大约每天50 t，年费用大约是4 100 万元。

3.1.2 SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝工艺

煤气发电二期330 t∕h 燃气锅炉脱硫脱硝工艺脱硫药剂小苏打每天大约需要消耗1.5 t，年费用大约是165 万元；脱硝剂氨水每天大约需消耗2 t，年费用大约是100 万元。为了保证脱硫脱硝效果稳定，布袋和催化剂大约每3年进行一次更换，催化剂更换费用大约是110 万元，布袋更换费用大约是180 万元。

3.2 应用效果

观察两系统2022 年1～12 月份实际运行情况，年度氮氧化物、二氧化硫数据汇总见图3、图4。

图3 氮氧化物折算值趋势图

图4 二氧化硫折算值趋势图

由图3可知，煤气发电二期SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术较煤气发电一期SNCR+固定床脱硫脱硝技术具有更高的脱硝效率。通过日常运行观察，SNCR+固定床脱硫脱硝技术氮氧化物波动性较大，锅炉操作较频繁；SNCR 脱硝喷药量大，机组稳定性较差。

由图4 可知，煤气发电一期SNCR+固定床脱硫脱硝技术具有更高的脱硫效率，但通过日常调控发现煤气发电二期SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术调控性更高，能及时通过调整碳酸氢钠的加药量控制二氧化硫烟气排放指标，机组稳定性较高，但固废产生量大，需定期清理固废。

4 结论

通过一年多对唐钢新区煤气发电两种脱硫脱硝技术从脱硫脱硝效率、生产运行维护成本、机组运行稳定性方面实践分析发现：SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术相比于SNCR+固定床脱硫脱硝技术具有更高的脱硝效率，虽脱硫效率较低，但可调控性强，能在保证烟气排放指标稳定达标的前提下，通过调整碳酸氢钠、氨水药剂的喷入量，节约生产成本。SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝不需要每年定期对固定床脱硫脱硝药剂进行更换，极大降低了药剂运行维护成本，且烟气排放指标更加稳定，发电机组能长时间保持高负荷运行。

综合分析，SCR+SDS+布袋除尘脱硫脱硝技术更适合唐钢新区目前生产运营模式，经济性和实用性更高，这一研究为后续煤气发电一期SNCR+固定床脱硫脱硝技术的改造和新发电机组的筹建提供了有效的数据支撑。