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浅析中小型燃煤工业锅炉烟气脱硝技术
摘要：本文对烟气脱硝技术在中小型燃煤工业锅炉上的应用进行了分析和探讨。以65t/hCFB（循环流化床）工业锅炉为例，研究中小型燃煤工业锅炉烟气SNCR脱硝技术解决方案，分析中小型燃煤工业锅炉烟气SNCR脱硝的经济效益和环境效益。
关键词：中小型燃煤工业锅炉；烟气脱硝；分析
前言
当前区域大气问题突出，部分城市大气霾突出，空气污染复杂的现象日益突出。燃煤锅炉是污染的主要来源之一。随着中国开始加强大气污染防治，许多燃煤电厂锅炉安装了SCR或SCR-SNCR脱硝装置，但中小型燃煤工业锅炉尚未有效控制氮氧化物排放。 “锅炉大气污染物排放标准”（GB13271-2014）颁布后，中小型燃煤工业锅炉烟气氮氧化物浓度将受到阶段性的限制。因此，对于中小型燃煤工业锅炉，控制NOx污染势在必行。本文就中小型燃煤工业锅炉烟气脱硝技术进行了探讨，分析了SNCR脱硝技术解决方案的经济效益和环境效益。
燃煤锅炉烟气脱硝技术
燃煤锅炉烟气脱硝技术包括燃烧过程中的脱硝技术和燃烧后烟气脱硝技术。燃烧过程中的氮氧化物燃烧技术是低NOx燃烧技术，包括低NOx燃烧技术，空气分级燃烧技术，燃料分级燃烧技术。 脱硝技术在燃烧过程中，工程投资和运行成本低，但脱硝效率低，难以满足环保要求。燃烧后烟气脱硝技术包括选择性非催化还原（SNCR）脱硝，选择性催化还原（SCR） 脱硝和SNCR-SCR脱硝技术相结合。
选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术
SNCR在没有催化剂的情况下，在适当的温度区域（850-1050℃），将还原剂（氨或尿素）注入炉区，还原剂选择性地与烟气中的NOx反应，生成N2和H2O无污染[1-3]。当SNCR脱硝技术应用于大型燃煤锅炉时，脱硝效率较低，但适用于中小型燃煤锅炉，由于其尺寸小 炉内还原剂与烟气更均匀混合，可以达到较高的脱硝效率。
选择性催化还原（SCR）脱硝技术
SCR在催化剂的作用下，在适当的温度区（320-400℃），还原剂与烟气中的NOx选择性反应，产生无毒无污染的N2和H2O[4-5]。SCR还原剂包括氨水，尿素，氨水。采用SCR脱硝技术，脱硝效率可达80%-90%，但项目投资和运行成本高。
SNCR-SCR脱硝技术
SNCR-SCR脱硝技术与SNCR技术和SCR技术相结合，即将还原剂注入锅炉炉内，使温度适宜，还原剂选择性地与烟气中的NOx反应，生成N2和H2O。然后，过量 NH3与烟气一起进入SCR反应器，在催化剂的作用下，发生选择性催化还原（SCR）与烟气中的NOx，进一步脱硝[6]。用这种技术，可以减少催化剂的消耗，项目投资和运行成本均低于SCR，脱硝效率可达80%-90%。
三种脱硝技术的比较
SNCR，SCR和SNCR-SCR脱硝技术的比较列于表1。
表1 烟气脱硝技术比较
|
No. |
Name |
SNCR |
SCR |
SNCR-SCR |
|
1 |
Reaction temperature |
850-1100˚C |
320-400˚C |
Front：850-1100˚C |
|
Back：320-400˚C |
||||
|
2 |
Amount of catalyst |
no |
more |
less |
|
3 |
Denitration efficiency |
30-75% |
70-90% |
70-90% |
|
4 |
NH3 escape |
＜10ppm |
＜3ppm |
＜3ppm |
|
5 |
System pressure loss |
no |
high |
low |
|
6 |
Project investment |
low |
high |
medium |
|
7 |
Operating costs |
low |
high |
medium |
根据表1中三种技术的比较，采用SNCR技术，项目投资和运行成本最低。因此，SNCR应被视为中小型燃煤工业锅炉的优先脱硝技术。
中小型燃煤工业锅炉烟气SNCR脱硝技术解决方案
对于65t/h循环流化床燃煤锅炉，中小型燃煤工业锅炉烟气SNCR系统主要由氨混合制备系统，氨气输送系统，氨气分配系统，氨气喷射系统，雾化介质分配系统，PLC控制系统，气体在线检测系统。SNCR脱硝系统工艺流程如图1所示。
图1 SNCR流程图
氨和软化水通过两个独立的管道系统送入氨混合制备系统，浓氨水配制成浓度为16%的稀氨水。氨气输送系统包括用于氨和氨气管道的泵。通过用于氨和氨气管道的泵，将稀氨气送入氨气分配系统。氨气分支管路上装有电动阀门和流量计，并通过控制系统控制各分支的氨气流量，以达到氨气喷淋量对各个分支机构进行精确控制。
在锅炉上部和旋风分离器入口处，12个氨喷射器呈层状排列。喷射器由高温材料制成。介质为压缩空气。压缩空气可以避免喷嘴堵塞，可以冷却喷嘴，并且可以实现所需的雾化。在燃煤锅炉的烟道出口处设置了氮氧化物和氨气在线检测装置，且氨喷射系统与氮氧化物和氨气连通，可在线检测氮氧化物和氨氮排放浓度，并在此基础上，控制系统自动调节氨气喷淋量，在保证脱硝效率的同时可以降低系统运行成本，并且可以避免过量喷氨导致的二次污染。
经济和环境效益分析
对于循环流化床锅炉，循环流化床锅炉设计的烟气量为16times;104m3/h，烟气中NOx初始浓度为400mg/m3，脱硝效率为60%。
经济效益分析
运营成本主要是项目材料和能源消耗，包括氨，软化水，压缩空气和电力消耗。 运营成本如表2所示。
表2 统计运营成本
|
No. |
Name |
Unit |
Quantity |
Cost |
Remark |
||
|
(1times;104￥/year) |
|||||||
|
1 |
Ammonia consumption |
t/a |
861.30 |
60.29 |
|||
|
2 |
Compressed air consumption |
1times;104Nm3/year |
54.49 |
4.36 |
|||
|
3 |
Demineralised water consumption |
t/a |
215.33 |
0.078 |
|||
|
4 |
Power consumption |
1times;104kw/year |
11.88 |
9.50 |
|||
|
5 |
Labor costs |
People |
4 |
12 |
|||
|
6 |
Equipment Maintenance |
1times;104￥/year |
2.0 |
||||
|
7 |
Equipment depreciation |
1times;104￥/year |
11.5 |
||||
|
Total |
Operating costs |
1times;104￥/year |
99.73 |
如表2所示，锅炉SNCR脱硝系统总运行成本为997300yen;/年（锅炉蒸发量为65t/h，生产日期为330天/年）。
环境效益分析
SNCR脱硝工程投产后，脱硝效率可达60%以上。氮氧化物年排放量减少约304吨，能有效改善锅炉企业所处的大气环境，环境效益和社会效益显著。
结论
选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术适用于中小型燃煤工业锅炉烟气。采用SNCR脱硝技术，中小型燃煤工业锅炉烟气NOx浓度可达到“锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2014）”的要求。同时，中小型燃煤工业锅炉SNCR脱硝系统能够达到项目投资和运行成本经济合理，环境效益和社会效益显着的目标。
参考文献
[1]Chen Jinsheng. Thermal power plant flue gas DeNOx technology [M] Beijing:China Electric Power Press, 2008,18-20.
[2]Lu Tao,Jia Shuangyan,Li Xiaoyun. About SNCR denitration technology and economic analysis [J]. Modern power, 2004, 21 (1):17-22.
[3]Sun Keqin,Han Xiang. Coal-fired power plant flue gas denitration equipment and operation [M]. Beijing:China Machine Press,2011:20-22.
[4]Yang Dong, XU Hong. SCR denitration technology and its application in coal-fired power plants [J]. Electricity Environment and Protection, 2007,23 (1):49-51.
[5]Duan Chuanhe, Xia Huaixiang.Coal-fired power plant flue gas SCR denitra
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