淺談?wù)嵩仩t煙氣氮氧化物的處理技術(shù)

【摘要】崇左市制糖企業(yè)蔗渣鍋爐每年排放大量的氮氧化物，很多企業(yè)氮氧化物超標(biāo)排放，氮氧化物減排工作壓力巨大。企業(yè)安裝煙氣脫硝裝置，降低氮氧化物排放濃度，勢(shì)在必行。企業(yè)在選擇蔗渣鍋爐煙氣氮氧化物脫硝技術(shù)時(shí)要充分考慮自身煙氣氮氧化物排放情況，鍋爐類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施以及運(yùn)行成本，做好技術(shù)調(diào)研，選擇最適宜的煙氣脫硝技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】蔗渣鍋爐；氮氧化物；脫硝；SCR；SNCR；SCR-SNCR

1、背景

廣西崇左市被譽(yù)為“中國(guó)糖都”，甘蔗種植面積超過(guò)400萬(wàn)畝，是全國(guó)最大的蔗糖生產(chǎn)和加工基地，甘蔗是崇左市第一大經(jīng)濟(jì)作物，農(nóng)民增收最主要的經(jīng)濟(jì)來(lái)源。甘蔗制糖也是崇左市的最重要的支柱產(chǎn)業(yè)，目前崇左市共有制糖企業(yè)共16家，每年用作鍋爐燃料的蔗渣約300多萬(wàn)噸，可實(shí)現(xiàn)減少燃煤100萬(wàn)噸。

同燃煤鍋爐相比，蔗渣鍋爐大大減少了二氧化硫的排放，但會(huì)排放大量的氮氧化物，根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）規(guī)定，采用生物質(zhì)為燃料的單臺(tái)出力大于65t/h的發(fā)電鍋爐，煙氣氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)為200mg/m3，崇左市制糖企業(yè)的蔗渣鍋爐煙氣氮氧化物排放濃度大約在100-300mg/m3范圍，大部分制糖企業(yè)的煙氣氮氧化物均存在超標(biāo)排放的現(xiàn)象。因此，制糖企業(yè)氮氧化物減排、發(fā)展蔗渣鍋爐“蔗渣低氮燃燒技術(shù)”、加快建設(shè)蔗渣鍋爐的煙氣脫硝設(shè)施，已經(jīng)成為崇左市氮氧化物減排工作、提高空氣環(huán)境質(zhì)量的重要舉措。

2、鍋爐煙氣氮氧化物的處理技術(shù)

2.1 選擇性催化還原技術(shù)（SCR）

選擇性催化還原技術(shù)（SCR）在世界范圍已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，NOx的脫除率可達(dá)80%-90%，是脫硝效率最高、技術(shù)最為成熟的脫硝技術(shù)。

該技術(shù)一般利用NH3做為還原劑，NOx在催化劑作用下會(huì)和NH3、O2發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，該技術(shù)反應(yīng)溫度較低，大約300-400℃之間，主要反應(yīng)式為：

NOx+NH3+O2+催化劑→ N2 +H2O

該技術(shù)中NOx的脫除效率主要受反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑性能影響。催化劑費(fèi)用通常占到初始投資的40%，因此，該技術(shù)運(yùn)行成本很大程度上受催化劑壽命、性能的影響，催化劑的選擇及反應(yīng)溫度的控制，是該技術(shù)脫硝效率高低的關(guān)鍵。

2.2 選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）

選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）是指不使用催化劑，在適合脫硝反應(yīng)的“溫度窗口”（900℃-1100℃）內(nèi)噴入還原劑（氨、尿素、氫氨酸）將煙氣中的NOx還原為無(wú)害的氮?dú)夂退?，該技術(shù)的脫硝效率為30%-40%，目前美國(guó)是世界上應(yīng)用實(shí)例最多的國(guó)家。

采用NH3作為還原劑，主要化學(xué)反應(yīng)式為：

NOx+NH3+O2 → N2 +H2O

采用尿素作為還原劑，主要化學(xué)反應(yīng)式為：

（NH2）2CO → NH3 + CO

NOx+NH3+O2 → N2 +H2O

CO + NO → N2 + CO2

該技術(shù)必須在高溫的狀態(tài)下才能使用，對(duì)于溫度條件非常敏感，所以爐膛上噴入點(diǎn)的選擇，即溫度窗口的選擇，是該技術(shù)脫硝效率高低的關(guān)鍵。

2.3 混合SCR-SNCR煙氣脫硝技術(shù)

混合SCR-SNCR煙氣脫硝技術(shù)不是選擇性催化還原法（SCR）工藝與選擇性非催化還原法（SNCR）工藝的簡(jiǎn)單結(jié)合，它是結(jié)合了SCR技術(shù)高效高、SNCR技術(shù)投資省的特點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的一種新型工藝。

混合SNCR-SCR技術(shù)有2個(gè)反應(yīng)區(qū)，通過(guò)布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，首先將還原劑噴入第1個(gè)反應(yīng)區(qū)—爐膛，在高溫下，還原劑與煙氣中NOX在沒(méi)有催化參與的情況下發(fā)生還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)初步脫氮。然后未反應(yīng)完的還原劑進(jìn)入混合工藝的第2個(gè)反應(yīng)區(qū)—SCR反應(yīng)器，在有催化參與的情況下進(jìn)一步脫氮?；旌蟂NCR-SCR工藝最主要的改進(jìn)就是省去了SCR工藝設(shè)置在煙道里的復(fù)雜的氨噴射格柵系統(tǒng)，并大量減少了催化劑的用量。該技術(shù)的脫硝效率可以達(dá)到80%以上。

3、三種處理技術(shù)的特點(diǎn)

3.1 選擇性催化還原技術(shù)（SCR）的特點(diǎn)

SCR技術(shù)成熟、脫硝效率高、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)。但是需要大量的金屬催化劑，需增加大型催化劑反應(yīng)器、占地面積較大、投資大、運(yùn)行成本高。該技術(shù)適用于煙氣NOX排放濃度較高、去除率要求高、生產(chǎn)規(guī)模較大或新建鍋爐的企業(yè)。

3.2 選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）的特點(diǎn)

SNCR技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、不需要催化劑、占地面積小、運(yùn)行成本低、投資小。但是要求反應(yīng)溫度高、脫硝效率較低。該技術(shù)適用于NOX排放濃度低、場(chǎng)地空間有限、老機(jī)組脫硝工藝改造、或者生產(chǎn)規(guī)模較小的企業(yè)。

3.3 混合SCR-SNCR技術(shù)的特點(diǎn)

該技術(shù)結(jié)合了前兩者工藝的有利特點(diǎn)，能有節(jié)省催化劑的施用量，降低了裝置和占地面積，脫硝效率較高、投資較少、能夠分段安裝或添加裝置。該技術(shù)適用于NOX去除率要求不高、場(chǎng)地空間有限、能夠分段添加設(shè)備和催化劑的企業(yè)。

4、糖廠蔗渣鍋爐煙氣脫硝的技術(shù)選擇

目前崇左市各家尚未安裝煙氣脫硝裝置的制糖企業(yè)的NOX排放濃度大約在100-300mg/m3之間，根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），將NOX排放濃度控制在200mg/m3以下并不難。糖廠蔗渣鍋爐爐膛溫度在850-960℃之間，煙氣出爐后，溫度很容易控制在250-500℃范圍內(nèi)，完全滿(mǎn)足脫硝反應(yīng)所需的溫度條件。

因此，對(duì)于現(xiàn)行的糖廠蔗渣鍋爐脫硝技術(shù)改造，選擇混合SCR-SNCR煙氣脫硝技術(shù)是可行的，在爐膛內(nèi)，可采用SNCR脫硝方式，在爐膛外，可采用SCR脫硝方式；對(duì)于NOX排放濃度接近排放標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)行糖廠，建議選擇選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）或者在蔗渣燃燒中段選擇“低氮燃燒技術(shù)”，都能降低NOX的排放，穩(wěn)定到達(dá)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）排放標(biāo)準(zhǔn)。

5、結(jié)語(yǔ)

煙氣脫硝系統(tǒng)的關(guān)鍵是燃燒溫度的控制、金屬催化劑的選擇以及還原劑與煙氣中NOX的混合控制。由于脫硝設(shè)施投資成本巨大，制糖企業(yè)必須控制合理的脫硝成本，積極爭(zhēng)取政府在技術(shù)改造、節(jié)能減排等方面的專(zhuān)項(xiàng)資金支持。

參考文獻(xiàn)：

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[2]曾建華，季彤.蔗渣鍋爐脫硝技術(shù)及運(yùn)行分析[J].化工管理，2015（8）：138-139.