王鞠萱，陸海玲

（廣西上上糖業(yè)有限公司，廣西 防城港 538000）

0 前言

2014年7月1日起，65t/h以上鍋爐執(zhí)行GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，新標(biāo)準(zhǔn)允許煙氣氮氧化物排放濃度由原來(lái)的450mg/m3降低至200mg/m3，糖廠的65t/h以上鍋爐須執(zhí)行上述排放標(biāo)準(zhǔn)。目前糖廠65t/h以上鍋爐大多無(wú)脫硝設(shè)備，根據(jù)環(huán)保部門日常監(jiān)測(cè)結(jié)果，氮氧化物濃度平均約300mg/m3左右，糖廠鍋爐煙氣的氮氧化物排放濃度超出新標(biāo)準(zhǔn)限值。

2014年9月1日國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、環(huán)境保護(hù)部三部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于調(diào)整排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)問(wèn)題的通知》發(fā)改價(jià)格〔2014〕2008號(hào)。“通知”要求2015年6月底前，各?。▍^(qū)、市）價(jià)格、財(cái)政和環(huán)保部門要將廢氣中的二氧化硫和氮氧化物排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整至不低于每污染當(dāng)量1.2元（原標(biāo)準(zhǔn)為0.6元/污染當(dāng)量）；排污費(fèi)征收新標(biāo)準(zhǔn)與舊標(biāo)準(zhǔn)相比增加了一倍。如果企業(yè)污染物排放濃度值高于國(guó)家或地方規(guī)定的污染物排放限值，或者企業(yè)污染物排放量高于規(guī)定的排放總量指標(biāo)的，按照各?。▍^(qū)、市）規(guī)定的征收標(biāo)準(zhǔn)加一倍征收排污費(fèi)；同時(shí)存在上述兩種情況的，加二倍征收排污費(fèi)。

根據(jù)《大氣污染防治法》第四十八條“違反本法規(guī)定，向大氣排放污染物超過(guò)國(guó)家和地方規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)當(dāng)限期治理，并由所在地縣級(jí)以上地方人民政府環(huán)境保護(hù)行政主管部門處一萬(wàn)元以上十萬(wàn)元以下罰款。限期治理的決定權(quán)限和違反限期治理要求的行政處罰由國(guó)務(wù)院規(guī)定?！保弧董h(huán)境保護(hù)法》第五十九條“企業(yè)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者違法排放污染物，受到罰款處罰，被責(zé)令改正，拒不改正的，依法作出處罰決定的行政機(jī)關(guān)可以自責(zé)令改正之日的次日起，按照原處罰數(shù)額按日連續(xù)處罰?！?；《環(huán)境保護(hù)法》第六十條“企業(yè)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者超過(guò)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或者超過(guò)重點(diǎn)污染物排放總量控制指標(biāo)排放污染物的，縣級(jí)以上人民政府環(huán)境保護(hù)主管部門可以責(zé)令其采取限制生產(chǎn)、停產(chǎn)整治等措施；情節(jié)嚴(yán)重的，報(bào)經(jīng)有批準(zhǔn)權(quán)的人民政府批準(zhǔn)，責(zé)令停業(yè)、關(guān)閉?！?；《環(huán)境保護(hù)主管部門實(shí)施限制生產(chǎn)、停產(chǎn)整治辦法》（環(huán)境保護(hù)部令第30號(hào)）第五條“排污者超過(guò)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或者超過(guò)重點(diǎn)污染物日最高允許排放總量控制指標(biāo)的，環(huán)境保護(hù)主管部門可以責(zé)令其采取限制生產(chǎn)措施?！?。鍋爐煙氣污染物超標(biāo)排放，糖廠會(huì)存在超標(biāo)排污面臨行政罰款、高額繳納排污費(fèi)、按日記罰高額罰款等處罰，甚至被政府部門責(zé)令限制生產(chǎn)、停產(chǎn)整改的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，糖廠為蔗渣鍋爐找到一種適用的脫硝技術(shù)，已迫在眉睫。

1 幾種脫硝技術(shù)比較

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鍋爐煙氣中NOX的脫除辦法主要有如下三種：一是爐內(nèi)脫硝法SNCR；二是爐外脫硝法SCR；三是組合法SNCR+SCR。三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。

第一，爐內(nèi)脫硝法SNCR投資費(fèi)用較小，脫除效率通常為60%，常采用于低要求脫除效率的鍋爐中。

第二，爐外脫硝法SCR效率較高，通常能達(dá)90%，但投資費(fèi)用高，占地面積大。

第三，組合法SNCR+SCR組合法是一種新型的鍋爐脫硝辦法，NOX的脫除效率能達(dá)到SCR的水平，因其為兩階段脫硝，相比SCR而言催化劑使用量減少，投資費(fèi)用大大減低，當(dāng)然相比SNCR還是較高。

而蔗渣鍋爐屬于小容量鍋爐，且其NOX原始濃度較低，只有220 mg/m3左右，只要達(dá)到60%脫除效率，就可保證達(dá)標(biāo)排放，故投資較少的爐內(nèi)脫硝法SNCR，是蔗渣鍋爐的最佳選擇。

2 SNCR爐內(nèi)脫硝法在蔗渣鍋爐上的應(yīng)用

在SNCR技術(shù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，影響脫硝效果的主要因素包括：

一是溫度范圍。

NOx的還原反應(yīng)發(fā)生在一特定的溫度范圍內(nèi)（最佳的反應(yīng)溫度850℃～1100℃）。

二是合適的溫度范圍內(nèi)可以停留的時(shí)間。

停留時(shí)間：指反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)停留的總時(shí)間；在此時(shí)間內(nèi)，NH3、尿素等還原劑與煙氣的混合、水的蒸發(fā)、還原劑的分解和NOx的還原等步驟必須完成；停留時(shí)間的大小取決于鍋爐的氣路的尺寸和煙氣流經(jīng)鍋爐氣路的氣速；SNCR系統(tǒng)中，停留時(shí)間一般為0.001s～10s。

三是反應(yīng)劑和煙氣混合的程度。

混合程度：要發(fā)生還原反應(yīng)，還原劑必須與煙氣分散和混合均勻；混合程度取決于鍋爐的形狀與氣流通過(guò)鍋爐的方式。

四是NH3/NOx摩爾比（化學(xué)當(dāng)量比）。

五是未控制的NOx濃度水平。

六是氣氛（氧量、一氧化碳濃度）的影響。

七是氮?jiǎng)╊愋秃蜖顟B(tài)。

八是添加劑的作用。

蔗渣鍋爐的燃燒工況與燃煤鍋爐相比，有著明顯的不同。最主要的特點(diǎn)是爐膛溫度嚴(yán)重偏離NOx的還原反應(yīng)最佳的反應(yīng)溫度。

蔗渣鍋爐的出口溫度一般只有600～750℃，不在正常的SNCR脫硝溫度范圍，這對(duì)于普通的SNCR技術(shù)來(lái)說(shuō)要達(dá)到高效率的脫硝效果并保證足夠低的氨逃逸來(lái)防止尾部受熱腐蝕堵塞是非常困難的。

對(duì)此應(yīng)考慮采取以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)低溫蔗渣爐高效脫硝。

第一，多層次布置噴槍，隨著鍋爐負(fù)荷和爐膛溫度的變動(dòng)，根據(jù)預(yù)設(shè)程序自動(dòng)分級(jí)停止和啟動(dòng)噴槍，使得爐內(nèi)脫硝還原反應(yīng)始終處于高效狀態(tài)。

第二，根據(jù)鍋爐負(fù)荷的高低、煙氣速度的快慢及NOX的濃度，系統(tǒng)自動(dòng)控制噴射形狀、射程和還原劑液滴大小，從而控制還原劑的最佳反應(yīng)時(shí)間。

第三，還原區(qū)域由傳統(tǒng)的爐膛出口改下移至溫度較高爐膛中部。

第四，在必要的時(shí)候在還原劑中少量添加特殊的化學(xué)添加劑，調(diào)控潛在副產(chǎn)物的產(chǎn)生，利于在更大的溫度范圍內(nèi)可降低NOx。

3 還原劑的選擇

脫硝通常使用的還原劑有液氨、氨水和尿素，其性能優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)下表1。

表1 液氨、氨水、尿素各性能情況表

續(xù)表

從表1可以看出，三種還原劑中，液氨運(yùn)行消耗費(fèi)用最低，投資、運(yùn)輸和使用費(fèi)用較低，但液氨屬于危險(xiǎn)品，必須有嚴(yán)格的安全保證和防火措施，其運(yùn)輸和儲(chǔ)存涉及到很多法規(guī)和勞動(dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；氨水運(yùn)行消耗費(fèi)用最高，運(yùn)輸體積龐大，運(yùn)輸和儲(chǔ)存費(fèi)用最高，同時(shí)也涉及到部分法規(guī)和勞動(dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；尿素運(yùn)行消耗費(fèi)用接近液氨，算是比較經(jīng)濟(jì)，是一種安全的顆粒狀農(nóng)業(yè)肥料，無(wú)運(yùn)輸和儲(chǔ)存問(wèn)題，初期投資也少，是一種值得推廣使用的還原劑。

4 SNCR爐內(nèi)脫硝法工藝流程

Urea（尿素溶液）SNCR的基本反應(yīng)式如下：

2CO（NH2）2+4NO+O2→4N2+2CO2+4H2O

影響脫硝效率的重要因素是燃燒溫度和還原劑的噴射效果，氮氧化物還原反應(yīng)是溫度和時(shí)間為主要因素的還原反應(yīng)，最佳溫度范圍以外副產(chǎn)物排放有所增加，最佳溫度范圍以外還原劑使用效率有所減少，因?yàn)槭褂迷O(shè)備的不同，最佳溫度范圍也會(huì)有所不同。

工藝流程見(jiàn)下圖1。

5 爐內(nèi)脫硝法SNCR的設(shè)備配置

SNCR爐內(nèi)脫硝系統(tǒng)中，按流程配置有還原劑制備存儲(chǔ)設(shè)施、循環(huán)模塊、稀釋模塊、計(jì)量模塊、分配模塊和噴射模塊，工藝和控制用的壓縮空氣需有設(shè)備提供，還原劑制備和稀釋模塊所用的溶解稀釋水取用制糖生產(chǎn)中的I效汽凝水。

還原劑制備存儲(chǔ)設(shè)施由不銹鋼攪拌罐、不銹鋼輸送泵、不銹鋼還原劑儲(chǔ)罐用配套管道閥門組成，因工藝需要及防止還原劑低溫溶解度變小而出現(xiàn)沉淀，還原劑儲(chǔ)罐外圍進(jìn)行保溫，保證溶液溫度在30～50℃范圍內(nèi)，考慮到還原劑長(zhǎng)期放置溫度下降及減少投資，還原劑儲(chǔ)罐容積設(shè)計(jì)為三天使用的儲(chǔ)量，根據(jù)前一天的用量每天定時(shí)進(jìn)行一次尿素溶液制備補(bǔ)充。

循環(huán)模塊和稀釋模塊全稱還原劑循環(huán)供應(yīng)模塊，模塊使尿素（40%）溶液、稀釋水在各自儲(chǔ)罐和各臺(tái)機(jī)的計(jì)量模塊之間進(jìn)行循環(huán)。循環(huán)模塊主要由兩臺(tái)高揚(yáng)程低流量的多級(jí)不銹鋼立式循環(huán)水泵（一用一備）及相關(guān)配套控制閥門管路組成，通過(guò)返程的壓力控制閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證各計(jì)量模塊進(jìn)口還原劑總管還原劑的壓力恒定。稀釋模塊主要由一個(gè)稀釋水箱、2臺(tái)高揚(yáng)程低流量的多級(jí)不銹鋼立式稀釋水泵（一用一備）及相關(guān)配套控制閥門管路組成，同樣通過(guò)返程的壓力控制閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證各計(jì)量模塊稀釋水進(jìn)口總管還原劑的壓力恒定。

此外還需配套一組計(jì)量模塊，每組計(jì)量模塊有兩個(gè)支路，運(yùn)行時(shí)根據(jù)鍋爐負(fù)荷的變化、爐溫、NOX濃度等實(shí)時(shí)參數(shù)通過(guò)預(yù)設(shè)程序控制還原劑的噴射量。

圖1 SNCR爐內(nèi)脫硝工藝流程圖

分配模塊設(shè)在計(jì)量模塊與噴槍裝置之間，負(fù)責(zé)調(diào)配各層噴槍的還原劑噴射量，配套三組分配模塊，分別負(fù)責(zé)根據(jù)鍋爐負(fù)荷的變化而按預(yù)設(shè)程序自動(dòng)調(diào)配三層噴槍的還原劑輸送。

控制系統(tǒng)采用智能化的DCS系統(tǒng)，配兩臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控電腦及相關(guān)的打印設(shè)備，SNCR脫硝自動(dòng)控制軟件能實(shí)現(xiàn)循環(huán)模塊、稀釋模塊、計(jì)量模塊、分配模塊和噴射模塊有機(jī)組合，在60%～100%負(fù)荷范圍內(nèi)伴隨鍋爐實(shí)時(shí)工況有預(yù)判全自動(dòng)調(diào)控脫硝系統(tǒng)的工作，保證鍋爐達(dá)標(biāo)排放?？刂葡到y(tǒng)設(shè)手動(dòng)和自動(dòng)兩種相互切換的操作方式。

脫硝技術(shù)在大型燃煤裝置上已廣泛應(yīng)用，且技術(shù)成熟。但在蔗渣鍋爐上應(yīng)用還處在起步階段，至2014/2015年榨季全國(guó)僅有廣西羅城糖廠、香山糖廠、東江糖廠、貴港糖廠投入脫硝裝置試運(yùn)行。本文針對(duì)蔗渣鍋爐的特性對(duì)SNCR爐內(nèi)脫硝法在蔗渣鍋爐上的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步探討，希望有助于糖廠蔗渣鍋爐脫硝工作的開(kāi)展。

［1］ 李宏偉.鍋爐脫硝效率影響因素的實(shí)驗(yàn)研究，《電站系統(tǒng)工程》，2008.

［2］ 侯祥松.影響選擇性非催化還原脫硝效率的因素分析，《中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)青年學(xué)生年會(huì)》，2005.

［3］ 丁睿彬.SNCR法脫硝工藝影響因素的初步探討， 《科技資訊》，2010.