王艷杰1 王文影2

1中國(guó)重汽集團(tuán)濟(jì)南卡車股份有限公司設(shè)備動(dòng)能部 250016；

2大連城建設(shè)計(jì)研究院有限公司 116021

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)在科教文衛(wèi)、公共服務(wù)等領(lǐng)域取得了輝煌成就，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻。就大氣而言，主要的污染物是粉塵、SO2、CO2、氮的氧化物等。煤炭燃燒產(chǎn)生大量的硫氮化合物和CO等有毒氣體，對(duì)環(huán)境影響極大。氮的氧化物已成為繼粉塵和SO2之后燃煤鍋爐環(huán)保治理的重點(diǎn)。集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)有待進(jìn)一步提高。本文主要針對(duì)集中鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)行了研究，論述了集中鍋爐的煙氣脫硝中對(duì)鍋爐的改造，分析了集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)中 SCR 工藝技術(shù)的優(yōu)化，并提出了尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)，探討了其控制策略的開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：集中鍋爐；煙氣脫硝；SCR工藝技術(shù)；尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)

前言

集中供熱是指以熱水或水蒸氣為媒，由一或多個(gè)供熱點(diǎn)通過(guò)供熱網(wǎng)絡(luò)向周邊城市或鄉(xiāng)鎮(zhèn)住戶提供熱能的方式，是我國(guó)重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。集中供熱能夠有效簡(jiǎn)化供熱系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，精簡(jiǎn)人員，節(jié)約開(kāi)支，提高供熱效率。但同時(shí)帶來(lái)嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題：煤炭集中燃燒使氮氧化物排放量迅速增加且聚積一處，容易形成區(qū)域性的酸雨和光化學(xué)煙霧，對(duì)城市建筑，鄉(xiāng)鎮(zhèn)樹(shù)木的腐蝕侵害嚴(yán)重，甚至危害當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康。雖然國(guó)家制定了煤炭燃燒的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際生產(chǎn)中很難達(dá)標(biāo)。因此，必須采取有效的煙氣脫硝技術(shù)控制氮氧化物的排放，以緩解工業(yè)燃煤造成的大氣污染形勢(shì)。本文主要針對(duì)集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究和探討。

一、集中供熱鍋爐煙氣脫硝中鍋爐的改造

集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)的實(shí)施首先要對(duì)供熱鍋爐進(jìn)行改造，改變鍋爐通風(fēng)口和進(jìn)料口的方向，完善鍋爐的受熱結(jié)構(gòu)，保證SCR裝置系統(tǒng)入口煙氣溫度能夠滿足290℃～410℃高溫催化劑的工作溫度，使SCR裝置處于能夠連續(xù)投運(yùn)的狀態(tài)。調(diào)整鍋爐結(jié)構(gòu)，還要對(duì)熱力進(jìn)行計(jì)算和研究，以鍋爐的低負(fù)荷為基本標(biāo)準(zhǔn)，保證SCR裝置在基本負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，爐內(nèi)溫度處于正常水平。從而保證脫硝的運(yùn)行和供熱效率。

三、集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)中SCR工藝技術(shù)的優(yōu)化

為解決SCR脫硝技術(shù)的的簡(jiǎn)單移植到集中供熱鍋爐中存在的SCR脫硝技術(shù)難以適應(yīng)集中供熱鍋爐負(fù)荷和爐溫頻繁變化、無(wú)法達(dá)到持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行效果等問(wèn)題，就必須對(duì)SCR工藝裝置進(jìn)行優(yōu)化，以保證SCR脫硝技術(shù)的順利實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)集中供熱鍋爐煙氣脫硝的目的。

（一）SCR 工藝技術(shù)的原理分析

SCR工藝技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛也是效果最為明顯的煙氣脫硝技術(shù)，主要采用選擇性催化還原的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝。在具體實(shí)施中，煙氣中的氮氧化物在催化劑的作用下，將氮?dú)浠镒鳛檫€原劑，從而使得氮氧化物被還原成為不會(huì)造成大氣污染的氮?dú)夂退?。在反?yīng)中，還原劑有選擇性的與煙氣中殘留的氧氣發(fā)生了反應(yīng)。因此，SCR脫硝工藝技術(shù)被稱為選擇性催化還原法。在催化劑的選擇上，也要注意催化劑的適當(dāng)。適當(dāng)?shù)拇呋瘎⒅苯記Q定煙氣脫硝反應(yīng)有效進(jìn)行的溫度范圍，對(duì)于煙氣脫硝的效果有著很大的影響。

（二）SCR脫硝工藝系統(tǒng)的物料平衡

SCR工藝系統(tǒng)的物料平衡是SCR工藝技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化的可靠依據(jù)，要求模擬研究集中供熱鍋爐整個(gè)煙氣脫硝過(guò)程，在建立物料平衡、能量平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡虛擬工程平臺(tái)的基礎(chǔ)上，根據(jù)基本設(shè)計(jì)條件的要求，計(jì)算出裝置在不同負(fù)荷和工作狀況下的系統(tǒng)物料平衡和消耗狀況。

（三）SCR裝置優(yōu)化與數(shù)值的模擬

為保證集中供熱鍋爐煙氣脫銷的效率，要求煙氣中的氮氧化物和還原劑必須混合良好并保持速度的均勻，這對(duì)于保證催化劑體積選擇的經(jīng)濟(jì)和合適有著重要的意義。這就使得對(duì)各種負(fù)荷條件下的速度和氨分布的變化情況進(jìn)行分析顯得尤為重要。計(jì)算變負(fù)荷條件下流暢的數(shù)值能夠促進(jìn)煙道和導(dǎo)流葉片布置的優(yōu)化，從而使得設(shè)定的目標(biāo)能夠在任何工作狀況下都得以實(shí)現(xiàn)。受脫裝置一般都置于集中鍋爐之后，集中供熱鍋爐煙氣的溫度很高，以及SCR裝置反應(yīng)器自身特點(diǎn)的影響，脫硝過(guò)程對(duì)于速度、煙氣中的氮氧化物和還原劑的混合、溫度以及飛灰的負(fù)載分布要求都十分苛刻。因此，必須改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)SCR裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。因此，在繼承SCR反應(yīng)器及其連接煙道的設(shè)計(jì)及工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證、修改數(shù)值計(jì)算結(jié)果，建立科學(xué)合理的SCR裝置設(shè)計(jì)的理論和方法。其中，需要計(jì)算的主要內(nèi)容包括：

1.運(yùn)用有限體積法計(jì)算數(shù)值模擬SCR反應(yīng)器及連接煙道，從而采取改進(jìn)煙道形狀、布置，增設(shè)導(dǎo)流葉片的措施。

2.計(jì)算數(shù)值，獲取噴氨格柵上每一位置的開(kāi)孔噴出的氨的流動(dòng)軌跡及遷徙規(guī)律，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整開(kāi)孔位置及大小的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.在負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)不同的基礎(chǔ)上，分析不同工作狀況下的煙氣速度分布及氨擴(kuò)散規(guī)律。

4.分析飛灰在SCR 裝置中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而在理論上確定出可能發(fā)生積灰的位置，從而采取聲波吹灰、振打裝置和增設(shè)灰斗的工程改進(jìn)措施。

四、尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)及其控制策略的開(kāi)發(fā)

快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)的開(kāi)發(fā)是保證集中供熱鍋爐煙氣脫硝得以順利進(jìn)行的重要措施。尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)的應(yīng)用，是其關(guān)鍵舉措。尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)工藝流程：用脫鹽水將顆粒尿素溶解40%～50%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過(guò)尿素溶解泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)；尿素溶液經(jīng)尿素溶液循環(huán)泵、計(jì)量分配裝置進(jìn)入熱

解反應(yīng)器內(nèi)，與經(jīng)稀釋風(fēng)機(jī)、電加熱器輸送過(guò)來(lái)的高溫空氣混合，尿素在溫度高時(shí)不穩(wěn)定，分解成NH3和HNCO。尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的控制是尿素噴射的控制基于機(jī)組負(fù)荷信號(hào)以及來(lái)自NOx分析儀或者CEMS系

統(tǒng)的反饋。在熱解反應(yīng)器中的短時(shí)停留使SCR反應(yīng)劑的生產(chǎn)可以快速跟蹤負(fù)荷的變化，系統(tǒng)可以快速啟動(dòng)和關(guān)閉。

根據(jù)尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨脑砗土鞒?，制氨區(qū)系統(tǒng)包括固體顆粒尿素的存儲(chǔ)和卸料系統(tǒng)、尿素溶解和存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶液給料系統(tǒng)、尿素溶液熱解系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、排放處理系統(tǒng)。尿素?zé)峤庀到y(tǒng)包括高流量和輸送裝置、背壓控制閥、計(jì)量和分配裝置、熱解反應(yīng)器、稀釋風(fēng)機(jī)、稀釋風(fēng)電加熱系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等。整套系統(tǒng)均需要考慮到夏天防曬和冬天防凍的具體措施。尿素?zé)峤庀到y(tǒng)使得快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)的開(kāi)發(fā)得以實(shí)現(xiàn)，確保了脫硝效率穩(wěn)定以及氨出口逃逸率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

在具體的控制實(shí)施中，進(jìn)出口NOx含量應(yīng)根據(jù)進(jìn)口O2含量，折算為在6%O2下的數(shù)據(jù)。比較尿素溶液流量需求信號(hào)送到PLC控制器并和真實(shí)尿素溶液流量的信號(hào)，所產(chǎn)生的誤差信號(hào)經(jīng)比例加積分動(dòng)作處理送噴槍前的尿素溶液流量控制閥進(jìn)行定位。通過(guò)此前饋過(guò)程保證控制系統(tǒng)能夠快速跟蹤鍋爐的負(fù)荷變化或入口NOx濃度的變化。同時(shí)要計(jì)算出修正的反饋信號(hào)并輸入在尿素溶液流量控制系統(tǒng)的程序上。

五、結(jié)語(yǔ)

煙氣脫硝技術(shù)在20世紀(jì)末才傳入我國(guó)，起步晚、發(fā)展慢，然而國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)的蓬勃發(fā)展給我國(guó)的生態(tài)環(huán)境提出一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。集中供熱已成為具有中國(guó)特色，而且被人們習(xí)慣的供熱方式。減少煤炭燃燒產(chǎn)生的煙氣污染唯一的方式就是深入對(duì)煙氣脫硝技術(shù)的研究。SCR脫硝工藝在集中供熱方式下暴露出它的局限性：對(duì)負(fù)荷頻繁變化，爐溫變化難以適應(yīng)，無(wú)法達(dá)到持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。需要政府對(duì)該類技術(shù)提供政策和資金上的支持。通過(guò)國(guó)內(nèi)科研院所、設(shè)備制造廠針對(duì)鏈條爐排鍋爐燃燒特點(diǎn)，在優(yōu)化配風(fēng)、燃料再燃、煙氣再循環(huán)等方面深入開(kāi)展研究，相信鍋爐煙氣脫硝技術(shù)在我國(guó)集中供熱領(lǐng)域會(huì)有美好的發(fā)展前景。

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