淺談煙氣脫硝在余熱鍋爐上的應用

石峰++王祎凡

【摘 要】 為了響應國家對于節(jié)能減排的號召與要求，減少工業(yè)廢氣對于生態(tài)環(huán)境的污染，越來越多的工業(yè)窯爐、鍋爐都陸續(xù)安裝了脫硝設備以去除煙氣中的氮氧化物。本文就煙氣脫硝在余熱鍋爐上的應用展開探討，分析了煙氣脫硝的工作原理及其工藝的發(fā)展。

【關鍵詞】 煙氣脫硝 余熱鍋爐 SCR

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界上的能源消耗大國。目前煤炭仍然是我國的主要能源，廣泛應用于電力行業(yè)等大型工業(yè)中。但是，煤炭資源中一般含有硫、氮等雜質元素，這些雜質在燃燒后形成了二氧化硫、氮氧化物等有害氣體。這些氣體不盡會和二氧化碳一樣有著溫室效應，其于空氣中的水化合后形成的酸雨對于地球環(huán)境有極大的破壞性。為了響應國家節(jié)能減排的號召，在保證經(jīng)濟發(fā)展的同時盡可能減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，實現(xiàn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型發(fā)展戰(zhàn)略，越來越多的節(jié)能減排技術被應用到工業(yè)鍋爐中。煙氣脫硝技術就一類應用到鍋爐中以去除煙氣中氮氧化物的技術。

1 煙氣脫硝技術原理及類型

現(xiàn)有的脫硝技術可以分為干法和濕法兩類。濕法脫硝技術的成本高、工藝復雜并且會產生大量廢棄物，故一般推薦采用干法脫硝技術。常用的煙氣脫硝技術有SNCR和SCR兩種類型。

1.1 SNCR脫硝技術

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，選擇性非催化氧化還原法），是利用含NHX基的還原劑在鍋爐的高溫下與煙氣中的氮氧化物進行反應，將氮氧化物轉化成氮氣。以氨氣NH3為例，其具體的反應如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

采用尿素作為還原劑時，其化學反應為：

（NH4）2CO→2NH2+CO

NH2+NO→N2+H2O

CO+NO→N2+CO2

溫度的變化對于SNCR脫硝技術的轉化效率有著顯著的影響，其最宜溫度為700℃～1100℃。當溫度低于這個范圍時，氧化還原反應的速度較慢，從而降低了NO的還原率；溫度過高時，氨氣的氧化成為主要反應：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

于是還原劑變成了有害的NO，增加了煙氣中NO的含量。合理把握余熱鍋爐的溫度條件是應用SNCR技術的關鍵。

SNCR煙氣脫硝技術系統(tǒng)簡單，無需對余熱鍋爐進行過大的改造，只需添加氨或尿素存儲罐及其噴射裝置即可。由于尿素和液氨的價格都相當?shù)土?，SNCR技術需要的投資較低。整個煙氣脫硝系統(tǒng)并不需要占據(jù)太多的面積，便于安置，且煙氣脫硝過程幾乎不影響余熱鍋爐的正常運行。通常情況下，SNCR脫硝工藝的轉化效率可達35%以上，影響SNCR轉換效率的因素包括溫度、還原劑在溫度窗口的停留時間以及還原劑的類型等。停留時間越長，SNCR技術的脫硝率越高。為避免還原劑過量，在應用SNCR工藝時應根據(jù)實際情況合理調整還原劑劑量，防止出現(xiàn)大量氨泄漏的問題。

1.2 SCR脫硝技術

SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化氧化還原法），其原理是利用催化劑使還原劑與煙氣中的氮氧化物進行反應，生成N2和H2O。與SNCR技術不同的是，SCR通過添加催化劑加快了氧化還原反應的速度，并且降低了其需要的溫度。并且其轉換效率可以高達70%～90%。由于煙氣通常含有SO2、灰塵會影響催化劑和還原劑的物質，為達到最佳的脫硝效果，在使用SCR技術時一般需要對煙氣進行初步處理，過濾掉灰塵顆粒并脫硫。與SNCR技術相比，SCR的反應溫度只要300℃～400℃，運行更可靠，脫硝效率也遠遠超出；但是SCR技術需要的投資也更多，催化劑也因中毒等原因需要經(jīng)常更換，運行成本高。

在實際應用中，噴射進入脫硝系統(tǒng)的還原劑量通常高于理論需要的值，從而會出現(xiàn)氨泄漏的情況。盡管增加還原劑的噴入量可以提高氮氧化物的轉化率，但泄漏的氨不僅會引起催化劑中毒，對環(huán)境造成污染，并且容易與煙氣中的硫化物和水形成硫酸氫銨，造成管道的堵塞等問題。因此，在應用煙氣脫硝技術時，有必要對氨泄漏的體積分數(shù)進行嚴格的控制。目前，SCR技術在實際中的應用更為廣泛。

2 煙氣脫硝在余熱鍋爐中的應用

2.1 舊式余熱鍋爐脫硝工藝

舊式余熱脫硝工藝中的SCR脫硝設備保持著相對較高的獨立性，其與余熱鍋爐的聯(lián)系并不緊密，僅僅是通過連接管道連通余熱鍋爐的出氣口與SCR脫硝設備的進氣口。在這種工藝中，由于余熱鍋爐的煙氣出口溫度一般只在200℃左右，不能達到催化氧化反應的要求。因此，在SCR脫硝設備中就需要安裝加熱裝置對已經(jīng)經(jīng)過余熱利用的煙氣進行再加熱，待煙氣完成脫硝處理后，還需加裝冷卻器對高溫煙氣進行降溫處理。這個額外的再加熱和冷卻過程無疑增加了整個系統(tǒng)的能耗，經(jīng)濟性不佳。

2.2 新式余熱鍋爐脫硝工藝

為了降低脫硝設備的能耗，新式余熱鍋爐脫硝工藝在以前的基礎上進行了改進。改進后的煙氣SCR脫硝工藝充分利用煙氣的本身熱量，在煙氣溫度降低至300℃～400℃時即將其引出，經(jīng)高溫電除塵器進行除塵處理后，送入SCR煙氣處理裝置進行氧化還原反應。待脫硝完成后，廢棄煙氣被繼續(xù)送入余熱鍋爐以利用其余熱，之后直接排入大氣中。這種SCR脫硝工藝使整個系統(tǒng)結構更加緊湊，也不需要添加其他熱源，具有更好的節(jié)能減排效果。

3 結語

目前我國的煙氣脫硝技術仍然有巨大的研發(fā)空間，設備的結構組成以及脫硝技術的工藝性都有待改進和提高。未來的經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾將日益突出，需要我們不斷努力，使SCR煙氣脫硝技術更加完善。

參考文獻：

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