煤粉锅炉降氮脱硝技术选择及应用

煤粉锅炉降氮脱硝技术选择及应用

发表时间：2016-10-10T15:27:29.943Z 来源：《电力设备》2016年第14期作者：张永博

[导读] 随着经济社会发展和城市化进程的加速，我国中东部地区大气复合污染的态势日益严峻。

（神华宁煤集团煤炭化学工业分公司烯烃公司 750411）

摘要：在我国经济发展的推动下，对无污染物的排放标准的要求逐渐变得严格，因此，需要严格控制的煤粉锅炉的氮氧化物的排放量，也可以保环境，保护人们的身体健康。基于此，本文论述了煤粉锅炉炉降氮脱硝技术分析。

关键词：煤粉锅炉；降氮脱硝；技术

随着经济社会发展和城市化进程的加速，我国中东部地区大气复合污染的态势日益严峻，京津冀、长三角和珠三角等城市重度雾霾现象频发，中西部城市雾霾问题也逐渐凸显。据有关部门统计，工业燃煤排放的污染物占雾霾来源和成因的30%～40%。为了使大气污染状况得到改善，提高燃煤工业锅炉的燃烧效率以及降低污染物的排放迫在眉睫。燃煤工业锅炉可提供不同压力下的饱和蒸汽、过热蒸汽，提供不同需求的各种温度热水以及其他热介质，其被广泛应用在化工、机械、农业等领域。目前燃煤工业锅炉总数近60万台，年消耗煤炭量达6.4亿吨，占目前现役工业锅炉总数的85%，且每年以1．5%左右的速度增长。但我国燃煤工业锅炉是个高耗能、高污染的产业，全国重点城市工业锅炉排放造成的污染已经超过了电站锅炉，这主要是因为工业锅炉在使用过程中普遍存在3个问题:①锅炉燃烧设备设计制造质量低、主辅机匹配不合理、自控水平低;②实际燃用煤种的性能指标通同设计要求之间有所偏离，导致锅炉普遍存在燃煤着火困难、燃烧工况差、燃尽率低等等问题；③锅炉通常处于低负荷运行，导致燃烧效率低，且散热损失所占比例大。为解决燃煤工业锅炉行业存在的这些问题，自20世纪70年代以来，国内曾先后通过自主开发和国际合作，开展了大量燃煤工业锅炉优化升级方面的工作，掌握了多项关键技术。近年来已成功研发出中小型煤粉燃烧技术系统，全程优化配风及运行自动诊断技术、燃煤工业锅炉烟气除尘、脱硫一体化技术等，不仅提高了燃煤工业锅炉的燃烧效率，又从源头上减少了污染物的排放。笔者针对我国近年来煤粉工业锅炉研发的关键技术和推广应用现状进行了归纳总结，以期为今后我国煤粉工业锅炉的健康有序发展提供参考。

1、降氮脱硝技术

氮氧化物是严重的污染物，近些年来我国的排放量逐年上升，超过了二氧化硫的排放量，造成了很大的环境污染，因此对降氮脱硝技术进行研究是刻不容缓的。以下简单介绍了几种降氮脱硝技术：

1.1、低氮燃烧的技术

低氮燃烧技术是对锅炉内的流场、温度场以及物料的分布进行合理分配，这样能够改变氮氧化物的生成环境，减少氮氧化物的产生。实现这种技术主要有三种途径：一是降低氧气浓度，实现低氧燃烧；二是在氧气浓度较低的情况下延长停留时间；三是在空气较多的情况下降低燃烧温度。这三种方法都可以降低氮氧化物的生成，因此衍生出三种低氮燃烧技术：低过量空气燃烧，这种技术会通过氧气的减少抑制氮氧化物的生成，但是氧气浓度过低时会导致一氧化碳增加，这样未完全燃烧会造成一定的损失。低氮燃烧器技术，这种技术是采用特殊设计的燃烧器，控制燃料和空气的配比从而抑制氮氧化物的生成。空气分级燃烧技术，通过将空气和煤粉混合然后再进行燃烧，这种方法可以降低氮氧化物的生成但是会造成炉膛结渣腐蚀的问题。低氮燃烧技术不需要任何的脱氮剂并且成本较低，因此是大多数脱氮工程的首选。

1.2、烟气脱硝的技术

1.2.1、氧化吸收法

氧化吸收法的脱硝原理是利用强氧化剂将 NO氧化为反应活性较高的 NO2，之后再用碱性溶液吸收处理。其分为气相氧化－液相吸收法和液相氧化吸收法。气相氧化－液相吸收法常采用 O3、黄磷、Cl O2等气态氧化物为氧化剂，其中采用臭氧研究比较多，该法是将臭氧通入烟气中与 NO 反应生成易溶的NO2，再用碱性吸收剂吸收处理来达到脱硝目的。

1.2.2、络合吸收法

络合吸收脱硫脱硝法是利用络合剂与 NO 发生络合反应，从而增大 NO 溶解度，进而达到脱硝的一种方法。亚铁络合物和钴络合物是应用较多的络合剂。亚铁络合剂主要有两类，一类是亚铁氨酸络合剂，如 Fe( EDTA) 和 Fe( NTA) ，亚铁氨酸络合剂与NO 可以快速络合，但 Fe2 +易被氧化生成 Fe3 +而失去反应活性，导致 NO 的吸收率在短时间内迅速下降，此外还会生成难以处理的 S － N 化合物，所得吸收液再生成本较高，工艺复杂。另一类是疏基亚铁络合剂，如半胱氨酸合铁( Fe( Cy S)2) 、Fe( II) DMPS等，与亚铁氨酸络合剂不同的是，疏基亚铁络合剂抗氧化能力更强，其可保持长时间的脱硝，吸收液再生也相对容易，更具有工业化优势。

2、煤粉锅炉烟气脱硝技术分析

环保部在2010年提出，当采用低NOx燃烧技术后，氮氧化物的排放浓度如果仍不符合控制标准，要采用烟气脱硝技术来降低氮氧化物的浓度。现阶段，我国的烟气脱硝技术主要包括选择性非催化还原法、选择性催化还原法、脉冲电晕等离子法等。

2.1、选择性非催化还原法脱硝技术

选择性非催化还原法是指在不使用催化剂的条件下，将还原剂从800～1100℃的高温烟气口喷入，进而降低氮氧化物浓度。这种方法对温度的要求较高，当温度高于1100℃时，氮氧化物的热分解能力会降低，当温度低于800℃时，氮氧化物的分解不完全。因此，需要对温度进行合理控制，尽量使其保持在800～1100℃之间。这种技术的操作工艺较为简单，一般不需要大量的资金投入，但对氮氧化物的脱硝效率不高，一般在25%～40%之间。

2.2、选择性催化还原法脱硝技术

选择性催化还原法是指在有催化剂的条件下，将还原剂从300～400℃的高温烟气口喷入，进而降低氮氧化物浓度。这种技术的脱硝效率较高，一般在80%～90%之间，氮氧化物的排放浓度会大幅降低，一般为100mg/Nm3以下。

2.2.3选择性催化还原法和选择性非催化还原法联合脱硝技术这种联合技术结合了上述两种脱硝方法的优点，主要是将选择性非催化还原法的还原剂喷入炉膛，并和选择性催化还原法的催化技术结合，进一步对氮氧化物进行脱硝。这种技术的脱硝率一般在40%～80%之