趙洋，肖康(陜西陜焦化工有限公司，陜西 渭南 711712)

1 氮氧化物生成機(jī)理及控制手段

1.1 研究現(xiàn)狀

為滿足環(huán)保部門提出的治理要求，近年來(lái)SNCR脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐中的優(yōu)化應(yīng)用開(kāi)始引起業(yè)界高度關(guān)注，SNCR脫硝改造實(shí)踐也大量涌現(xiàn)，陜西陜焦化工有限公司鍋爐能效升級(jí)脫硝優(yōu)化應(yīng)用實(shí)踐便屬于其中代表。結(jié)合實(shí)際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，SNCR脫硝技術(shù)屬于現(xiàn)階段最主流的循環(huán)流化床鍋爐脫硝技術(shù)，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均有著廣泛應(yīng)用，很多理論研究和實(shí)踐探索也已經(jīng)證明該技術(shù)的實(shí)用性和市場(chǎng)前景。在爐膛區(qū)域內(nèi)通過(guò)噴射器噴入還原劑，SNCR脫硝技術(shù)能夠在不使用催化劑的前提下使煙氣中的氮氧化物與還原劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化碳、水和氮?dú)?。尿素、氨水、液氨屬于SNCR脫硝技術(shù)常用的還原劑，噴射、輸送、儲(chǔ)存、吹掃等設(shè)備構(gòu)成還原劑系統(tǒng)[1]。

1.2 氮氧化物生成機(jī)理

循環(huán)流化床鍋爐生成的氮氧化物主要由一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮組成，結(jié)合燃煤生成氮氧化物的過(guò)程進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，氮氧化物的生成存在的途徑主要有3種，包括快速型氮氧化物、熱力型氮氧化物、燃料型氮氧化物。對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐來(lái)說(shuō)，如采用燃用煙煤、頁(yè)巖、褐煤等劣質(zhì)燃料，燃料性氮氧化物將大量生成[2]。

1.3 氮氧化物控制手段

煙氣脫硝和燃燒中控制屬于現(xiàn)階段循環(huán)流化床鍋爐主要的氮氧化物控制手段，SNCR脫硝技術(shù)、SCR脫硝技術(shù)均屬于常用的煙氣脫硝方法，燃燒調(diào)整、低氮改造、低氮燃燒器則屬于常見(jiàn)的燃燒中控制手段。SCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用能夠使煙氣中氮氧化物與還原劑發(fā)生反應(yīng)生成水和氮?dú)?，但該技術(shù)需要應(yīng)用催化劑。SNCR脫硝技術(shù)無(wú)需使用催化劑，通過(guò)在鍋爐水平煙道噴入還原劑，能夠在合適的溫度和條件下還原氮氧化物。對(duì)比兩種技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，SCR脫硝技術(shù)、SNCR脫硝技術(shù)的反應(yīng)溫度分別在400～500 ℃、850～1 150 ℃區(qū)間，前者多在空氣預(yù)熱器前、省煤器后布置，但對(duì)于使用燃用高灰分劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐來(lái)說(shuō)，較高的煙氣含塵量很容易引發(fā)催化劑堵塞問(wèn)題，催化劑中毒失效情況也較為常見(jiàn)。后者由于不需要采用催化劑，不會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)器堵塞等問(wèn)題，煙氣成分對(duì)其脫硝效果帶來(lái)的影響較小，具備更高實(shí)用性?？偟膩?lái)說(shuō)，SNCR煙氣脫硝技術(shù)相較于SCR脫硝技術(shù)存在較小的占地面積、較低的運(yùn)行成本、較短的建設(shè)工期以及更高的脫硝效率，能夠較好滿足環(huán)保要求，在大型循環(huán)流化床鍋爐領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值較高。而結(jié)合計(jì)算論證和實(shí)際調(diào)研能夠確定，在排煙溫度、鍋爐效率、鍋爐受熱面、腐蝕影響方面，SNCR脫硝技術(shù)均具備優(yōu)秀表現(xiàn)，能夠較好保證循環(huán)流化床鍋爐的安全運(yùn)行，且無(wú)需開(kāi)展針對(duì)性設(shè)備改造。在SNCR煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用后，循環(huán)流化床鍋爐的氮氧化物排放量能夠得到有效控制，一般擁有80%左右的脫硝效率，且具備系統(tǒng)造價(jià)降低、設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、不增加引風(fēng)機(jī)電耗、不使用催化劑、不增加煙氣系統(tǒng)阻力、不會(huì)造成尾部煙道腐蝕和積灰、氨逃逸控制出色、安裝及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因此SNCR煙氣脫硝技術(shù)能夠較好滿足循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保需要，在脫硝改造等領(lǐng)域具備較高實(shí)踐價(jià)值，理應(yīng)得到業(yè)內(nèi)人士的高度重視[3]。

2 實(shí)例分析

2.1 鍋爐基礎(chǔ)條件及現(xiàn)存問(wèn)題

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文以陜西陜焦化工有限公司鍋爐能效升級(jí)脫硝優(yōu)化應(yīng)用實(shí)踐作為研究對(duì)象，該企業(yè)采用的高壓蒸汽鍋爐型號(hào)為TG-75/3.82-M55(兩用一備)，屬于典型的自然循環(huán)、單鍋筒、循環(huán)流化床鍋爐，由2臺(tái)絕熱式高溫旋風(fēng)分離器、1個(gè)膜式水冷壁爐膛、1個(gè)尾部豎井三部分組成，其中膜式壁爐膛室外布置，鍋爐運(yùn)行負(fù)荷區(qū)間為40%～100%，年運(yùn)行時(shí)間為6 000～7 000 h，鍋爐出口煙氣量、氮氧化物、O2平均數(shù)值分別為140 000 Nm3/h、50～100 mg/Nm3、6%～12%。在長(zhǎng)期運(yùn)行中，陜西陜焦化工有限公司的循環(huán)流化床鍋爐存在一定問(wèn)題，包括床溫不均勻明顯、鍋爐無(wú)法達(dá)到額定負(fù)荷、鍋爐分離器效率不高、鍋爐原始排放較高，其中鍋爐原始排放較高是由于存在不合理的SNCR脫硝噴槍位置選擇，鍋爐因此存在較大的氨水噴灑量和逃逸氨量，易于卡澀、堵塞的引風(fēng)機(jī)擋板門也很容易對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的正常運(yùn)行造成影響，這使得60 t/h以上負(fù)荷時(shí)鍋爐無(wú)法滿足環(huán)保排放要求。結(jié)合陜西陜焦化工有限公司鍋爐能效升級(jí)脫硝優(yōu)化應(yīng)用實(shí)踐，本節(jié)將圍繞SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用的必要性及目標(biāo)、SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化技術(shù)難點(diǎn)及路徑選擇開(kāi)展深入探討。

2.2 SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用的必要性及目標(biāo)

在環(huán)保監(jiān)管不斷加強(qiáng)、焦化行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型加快和一體化趨勢(shì)明顯、行業(yè)集中度不斷提高、產(chǎn)品附加值增加的大背景下，陜西陜焦化工有限公司必須不斷推動(dòng)設(shè)備升級(jí)和技術(shù)改造，向集約化、規(guī)模化方向發(fā)展，同時(shí)需要通過(guò)精深加工延伸產(chǎn)業(yè)鏈，這些均離不開(kāi)SNCR脫硝技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用支持。2016以來(lái)，我國(guó)很多焦化企業(yè)因環(huán)保不達(dá)標(biāo)而關(guān)停限產(chǎn)，這使得焦化行業(yè)的盈利有所好轉(zhuǎn)，而為了獲得更廣、更多的市場(chǎng)發(fā)展空間，企業(yè)必須在環(huán)保、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈延伸等方面加大投入。作為典型的高能耗、高污染企業(yè)，隨著國(guó)家環(huán)保政策、產(chǎn)業(yè)政策要求的持續(xù)提升，陜西陜焦化工有限公司受到較大沖擊。陜西陜焦化工有限公司擁有較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈且50%左右的原料源于集團(tuán)公司內(nèi)部，屬于省內(nèi)焦化龍頭企業(yè)，而通過(guò)不斷優(yōu)化改善煉焦工藝流程，企業(yè)存在較大的提高附加值、節(jié)約能源的潛力。近年來(lái)我國(guó)各行業(yè)在能源綜合利用、環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約等方面取得了不俗成果，能源節(jié)約、保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為基本國(guó)策，但相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)在節(jié)能減排和資源綜合利用方面仍存在一定不足，主要表現(xiàn)為能源浪費(fèi)巨大、資源利用效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重，這類不足在焦化行業(yè)有著直觀體現(xiàn)，如司爐人員技術(shù)水平欠缺、燃煤管理不完善、鍋爐運(yùn)行參數(shù)調(diào)整不合理、SNCR脫硝技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)。

結(jié)合陜西陜焦化工有限公司的實(shí)際情況可以發(fā)現(xiàn)，該企業(yè)存在SNCR脫硝技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，提升企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益并推動(dòng)其轉(zhuǎn)型升級(jí)，SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用存在較高必要性。在陜西陜焦化工有限公司鍋爐能效升級(jí)脫硝優(yōu)化應(yīng)用實(shí)踐中，該企業(yè)明確了鍋爐增容改造、低氮燃燒改造、脫硝系統(tǒng)優(yōu)化提效改造目標(biāo)，其中脫硝系統(tǒng)優(yōu)化提效改造涉及原有脫硝系統(tǒng)噴槍的重新布置和數(shù)量變更，以此降低氨水用量并提高氮氧化物脫除效率，即可保證循環(huán)流化床鍋爐滿出力安全穩(wěn)定運(yùn)行和超低排放順利實(shí)現(xiàn)[4]。

2.3 SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化技術(shù)難點(diǎn)分析

陜西陜焦化工有限公司設(shè)置有選擇性非催化還原法SNCR脫硝工藝系統(tǒng)，以20%氨水作為循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝裝置的還原劑，能夠在80～100 mg/Nm3以內(nèi)控制正常氮氧化物排放濃度。為實(shí)現(xiàn)投資節(jié)約和現(xiàn)有資源充分利用，在鍋爐能效升級(jí)脫硝優(yōu)化應(yīng)用實(shí)踐中，企業(yè)更換了現(xiàn)有噴射系統(tǒng)的噴槍并同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化布置，這是由于脫硝效率直接受到噴射系統(tǒng)優(yōu)劣影響。由于原有輸送設(shè)施能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用，提高脫硝效率，需保證存在質(zhì)量高且較為可靠的噴射設(shè)備，噴槍的布置位置也需要設(shè)法合理布置。不同的噴槍數(shù)量和噴槍位置對(duì)脫硝效率的影響較大，因此必須科學(xué)選擇噴槍數(shù)量，并結(jié)合同類型成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)仿真模擬、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確定最佳噴射位置，以此控制脫硝效率。結(jié)合陜西陜焦化工有限公司循環(huán)流化床鍋爐實(shí)際情況，改造在每個(gè)分離器設(shè)置3個(gè)噴槍，在爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)正常投運(yùn)且存在40～75 t/h的鍋爐日常運(yùn)行蒸發(fā)量時(shí)，需設(shè)法保證煙氣中氮氧化物折算后排放濃度測(cè)試結(jié)果在50 mg/Nm3以下。結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化的技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在噴槍位置合理選擇方面。

2.4 SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化路徑

噴槍參數(shù)主要包括霧化錐角、霧化粒徑、流速等，而結(jié)合現(xiàn)有研究可以發(fā)現(xiàn)，過(guò)高的噴槍流速會(huì)導(dǎo)致氨水溶液濃度降低，隨之拉長(zhǎng)的蒸發(fā)用時(shí)會(huì)降低還原反應(yīng)速率，中心筒受此影響將直接排出大量NH3，過(guò)大的霧化液滴粒徑也會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)耗時(shí)拉長(zhǎng)，進(jìn)而降低還原反應(yīng)速率。但如果存在過(guò)小的霧化粒徑，蒸發(fā)過(guò)快則會(huì)催生浪費(fèi)問(wèn)題，較差的顆粒剛性則很容易被煙氣攜帶排出，還原反應(yīng)因無(wú)法深入分離器內(nèi)部而無(wú)法充分進(jìn)行，液滴穿透能力和分布的均勻程度會(huì)受到霧化錐角影響。一般來(lái)說(shuō)，30～80 μm的噴嘴霧化粒徑較為合適，噴射壓頭則需要控制在0.4～0.8 MPa(4～8 bar)區(qū)間，壓縮空氣屬于常用霧化介質(zhì)，液滴射程能夠得到保障；考慮到噴槍數(shù)量和噴射位置直接影響脫硝效率，因此陜西陜焦化工有限公司通過(guò)仿真模擬、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確定了最佳噴射位置，并每個(gè)分離器設(shè)置3個(gè)噴槍。SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化改造后，煙氣中氮氧化物折算后排放濃度測(cè)試結(jié)果在50 mg/Nm3以下，技術(shù)優(yōu)化取得預(yù)期效果，同時(shí)優(yōu)化后的噴槍布置能夠?qū)崿F(xiàn)還原劑全覆蓋，煙氣與氨水能夠良好混合反應(yīng)，做到了混合均勻、反應(yīng)及時(shí)，輔以鍋爐增容改造、低氮燃燒改造，陜西陜焦化工有限公司循環(huán)流化床鍋爐床溫得以穩(wěn)定并在反應(yīng)區(qū)間，爐內(nèi)工況改善明顯，達(dá)到最佳脫硝反應(yīng)狀態(tài)，這使得流化效果更佳且能耗降低顯著，因此案例企業(yè)的SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用具備較高借鑒價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，SNCR脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用價(jià)值較高。為更好提升循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保性能，SNCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用還應(yīng)關(guān)注煤質(zhì)變化的應(yīng)對(duì)、風(fēng)量比例的動(dòng)態(tài)調(diào)整、反饋時(shí)間的有效縮短、國(guó)家環(huán)保政策要求的嚴(yán)格貫徹，技術(shù)本身的優(yōu)化研究也需要得到重視。