浅谈燃煤锅炉烟气中脱硝技术的应用
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作者:洪超
摘 要：近年来，环境污染问题越来越严峻，随着国家对环境保护工作的大力推进，如何降低燃煤锅炉产生的氮氧化物是国家乃至世界关注的重点，燃煤锅炉产生的氮氧化物是PM2.5形成的主要来源，不但对环境造成巨大污染，更对人们的身体健康形成巨大威胁。为了还给大家一个碧海蓝天，燃煤锅炉使用企业应采取相应措施消除燃煤所产生的氮氧化物。通常，燃煤锅炉的脱硝技术按工艺分为SCR和SNCR两种，即选择性催化还原技术和选择性非催化还原技术，各有利弊，在实际应用中，企业应根据自身工艺特点、经济状况，选择适当的脱硝技术。该文将对两种技术做一简单论述，并对机器提出改造方案，供同行们一起研究和探讨，共同推进燃煤锅炉脱硝技术工作的顺利实施，为我国的环保事业贡献力量。
关键词：燃煤锅炉 烟气 脱硝技术应用
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）03（b）-0046-02
如何脱硝是当下燃煤锅炉使用企业关注的重点，燃煤锅炉产生的NOx是大气污染的罪魁祸首，为了积极支持我国环境保护工作，将燃煤锅炉产生的NOx排放浓度控制在法律法规规定的范围内，就必须采用相适应的脱硝技术。
1 氮氧化物造成的危害
氮氧化物是大气污染的最主要污染源之一，大气中存在过量的氮氧化物，会加重空气中细颗粒物的污染，形成雾霾、酸雨等灾害，不但使环境污染日益严重，改变土壤的酸碱度、河流富营养化，植物、农作物无法正常生长，而且会引发多种呼吸道疾病，对人们健康造成很大伤害。
2 脱硝技术简介
脱硝技术就是利用物理和化学等方法将燃煤锅炉所产生的氮氧化物还原，分解为氮气及其他物质在进行排放，或者直接清除烟气中的含氮物质，避免氮氧化物的合成，从而降低大气污染物排放量。一般情况下，氮氧化物可通过燃烧前、燃烧中和燃烧后3个过程分别处理。
2.1 燃烧前处理
燃烧前处理是指在燃料使用之前就采取措施降低燃料中含氮量。目前，这种技术尚在研究阶段，因其处理工艺复杂、操作难度大、耗费成本高等缺陷，在还不能实现实际应用。
2.2 燃烧中处理
顾名思义，燃烧中处理就是在燃料燃烧的过程中采取控制燃烧温度、降低燃烧区域内的氧浓度等措施，对燃料进行干预，以达到降低烟气中氮氧化物的目的。但目前也还未达到全面使用阶段。
2.3 燃烧后处理
燃烧后处理简而言之就是烟气的脱氮技术，又称为烟道气脱硝或废弃脱硝，是目前较为常用的脱硝技术，尤其以SCR技术及SNCR技术应用最为广泛，随着科技的发展，现在也出现液体吸收法、吸附法、微生物法等创新技术，有待大力推广。
3 我国脱硝技术应用的现状分析
我国是燃煤大国，能源消费结构以煤炭为主，主要用于发电、工业锅炉、工业窑炉、水泥、冶金等行业，但据相关报道显示，大部分燃煤企业都存在着脱硝设备老化、脱硝技术落后的现象，而一些高端脱硝技术却长期被国外垄断，对我国脱硝技术的发展造成很大阻力。目前，我国大部分燃煤锅炉使用企业都采用锅炉升级改造、低氮燃烧器改造、选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统改造、选择性非催化还原（SNCR）烟气脱硝工艺改造等手段来控制氮氧化物的排放量。
4 针对燃煤锅炉烟气脱硝技术应用的工艺设计
通过以上相关知识的介绍，可以看出燃煤锅炉烟气的脱硝技术应通过以下步骤实现：首先对燃烧器进行改造，通过对燃料燃烧过程控制，形成对氮氧化物生成量的有效控制和监测;其次在锅炉设备中增设非催化还原脱硝技术装置，使燃料产生的氮氧化物进一步降低;最后增设催化还原脱硝技术装置，形成串联脱硝工艺，最终将氮氧化物的排放量降至最低。与单纯只使用选择性催化还原技术进行烟气脱硝相比，这种串联方式[2]具有以下两个优点。
（1）在SNCR工艺中喷入液态氨的相对位置提前，这样一来，在脱硝的过程中，一部分未反应的氨水溶液，经过热器进入下一项脱硝工艺，为脱硝提供部分还原剂。
（2）当燃料燃烧产生的烟气从SNCR系统流动到SCR系统时，液态氨分布已非常均匀了，从而使SCR系统中的催化剂达到最高利用率，脱硝效果也可达到最高。这样做到物尽其用，可降低成本，提高效益。
5 相关技术改造方案
5.1 燃烧器改造
通过对燃烧器进行改造，不但可以减少燃烧时氮氧化物的生成，同时可对燃烧产生的飞灰可燃物进行有效控制，最终达到无烟无尘的效果。改造后的燃烧器分为两个区域，燃料在一次燃烧区因不会充分燃烧，会形成复燃料混合物，由于缺少氧气且温度较低，这些混合物会析出挥发分解，减少了氮氧化物的生成;这些未燃尽的炭微粒及可燃气体会在二次燃烧[3]区域内完全燃烧。相比较传统的燃烧器，改造后的燃烧器可以减少氮氧化物的排放，同时还可避免燃烧器易烧损、锅炉水冷壁高温腐蚀等不良现象的发生，提高了锅炉的安全性、经济性和环保性。
5.2 选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）
此技术的原理就是在温度达850℃～1150℃的煙气中喷入氨水，产生化学反应，最终将氮氧化物还原，最终生成物氮气（N2）和水蒸气（H2O）。其中包括还原剂（氨水）储存和运输、还原剂的稀释系统、还原剂剂量控制系统及还原剂喷射系统4部分，整个系统主要使用设备有输送泵、稀释水泵、稀释水箱、静态混合器、专用脱硝喷枪等。采用这种脱硝技术具有成本低、适用范围广等显著优点。SNCR技术的运行效率取决于烟气温度、还原剂的剂量、还原剂与烟气的混合、停留及反应的时间等因素。在SNCR技术改造时，应做好方案的设计工作，确保SNCR系统能够良好运行，使其达到预先设定的脱硝效果，并且确保在运行中不会有过量的氨及其他污染物排放到空气中。
5.3 选择性催化还原脱硝技术（SCR）
SCR脱硝技术在最近几年来发展较快，这种技术具有无二次污染及副产物、置结构简单、运行效率高、维护简单等优点，因此应用也较为广泛。主要技术原理在于选择性，即在燃烧的过程中利用催化剂，使氨气优先与烟气中的氮氧化物进行反应，达到脱硝的效果，而避免与烟气中的氧气进行氧化反应。当设备完成SNCR技术改造后，对烟气实施SCR改造，可进一步减少氮氧化物的排放量。由于整个脱硝系统为串联工艺，在SCR系统中所需的氨由SNCR系统喷射过量的氨提供，因此，在SCR系统中只有反应器和检测两个系统构成，在进行技术改造时，应根据实际情况设计改造方案。一般情况下SCR的反应器为固定床形式，催化剂为三层模块放置形式，检测系统主要是对氨量进行控制和测量，通过计算对氨量进行分配，确保系统在运行过程中无二次污染，并实时监控氨水浓度。
SNCR与SCR串联的脱硝工艺对于旧设备改造来说可以节省空间，使锅炉的结构和体积没有任何增加，确保锅炉的安全运行;而以串联的方式进行脱硝，增加氨水的利用率，并达到较高的净化率，是性价比较高锅炉烟气脱硝改造方案。
6 结语
我国的NOx排放量近年来呈快速增长的趋势，若不加紧治理，在未来30年内，可能将成为世界NOx排放大国，对环境造成不可逆的影响。目前我国NOx的排放控制技术是业界研究的重点项目，相关企业应高度重视，在选择脱硝技术前做好技术评估，才能选择出最适合的脱硝方案，让脱硝技术发挥其应有的作用。
参考文献
[1] 赵治宇.燃煤锅炉的选择性催化还原烟气脱硝技术探讨[J].资源节约与环保，2019（4）：47.
[2] 史会莹，乔文广.燃煤锅炉的烟气治理和脱硫脱硝关键技术研究[J].资源节约与环保，2019（4）：48.
[3] 张欢，陈新顺.燃煤锅炉烟气治理方法及脱硫脱硝技术研究[J].山东工业技术，2019（3）：61.
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