脫硝技術(shù)在糖廠蔗渣鍋爐上的應(yīng)用探討

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以上鍋爐大多無脫硝設(shè)備，根據(jù)環(huán)保部門日常監(jiān)測結(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日國家發(fā)改委、財政部、環(huán)境保護部三部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于調(diào)整排污費征收標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)問題的通知》發(fā)改價格〔2014〕2008號?！巴ㄖ币?015年6月底前，各?。▍^(qū)、市）價格、財政和環(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；同時存在上述兩種情況的，加二倍征收排污費。

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國家和地方規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)當(dāng)限期治理，并由所在地縣級以上地方人民政府環(huán)境保護行政主管部門處一萬元以上十萬元以下罰款。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務(wù)院規(guī)定?！?；《環(huán)境保護法》第五十九條“企業(yè)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營者違法排放污染物，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)境保護法》第六十條“企業(yè)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營者超過污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或者超過重點污染物排放總量控制指標(biāo)排放污染物的，縣級以上人民政府環(huán)境保護主管部門可以責(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)境保護主管部門實施限制生產(chǎn)、停產(chǎn)整治辦法》（環(huán)境保護部令第30號）第五條“排污者超過污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或者超過重點污染物日最高允許排放總量控制指標(biāo)的，環(huán)境保護主管部門可以責(zé)令其采取限制生產(chǎn)措施?！薄ｅ仩t煙氣污染物超標(biāo)排放，糖廠會存在超標(biāo)排污面臨行政罰款、高額繳納排污費、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。

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

目前國內(nèi)外對鍋爐煙氣中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。

第一，爐內(nèi)脫硝法SNCR投資費用較小，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90%，但投資費用高，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，只要達到60%脫除效率，就可保證達標(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)可以停留的時間。

停留時間：指反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)停留的總時間；在此時間內(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。

七是氮劑類型和狀態(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，這對于普通的SNCR技術(shù)來說要達到高效率的脫硝效果并保證足夠低的氨逃逸來防止尾部受熱腐蝕堵塞是非常困難的。

對此應(yīng)考慮采取以下措施來實現(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，根據(jù)預(yù)設(shè)程序自動分級停止和啟動噴槍，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)缺點見下表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，液氨運行消耗費用最低，投資、運輸和使用費用較低，但液氨屬于危險品，必須有嚴(yán)格的安全保證和防火措施，其運輸和儲存涉及到很多法規(guī)和勞動衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；氨水運行消耗費用最高，運輸體積龐大，運輸和儲存費用最高，同時也涉及到部分法規(guī)和勞動衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；尿素運行消耗費用接近液氨，算是比較經(jīng)濟，是一種安全的顆粒狀農(nóng)業(yè)肥料，無運輸和儲存問題，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，因為使用設(shè)備的不同，最佳溫度范圍也會有所不同。

工藝流程見下圖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設(shè)施、循環(huán)模塊、稀釋模塊、計量模塊、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。

還原劑制備存儲設(shè)施由不銹鋼攪拌罐、不銹鋼輸送泵、不銹鋼還原劑儲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，還原劑儲罐外圍進行保溫，保證溶液溫度在30～50℃范圍內(nèi)，考慮到還原劑長期放置溫度下降及減少投資，還原劑儲罐容積設(shè)計為三天使用的儲量，根據(jù)前一天的用量每天定時進行一次尿素溶液制備補充。

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、稀釋水在各自儲罐和各臺機的計量模塊之間進行循環(huán)。循環(huán)模塊主要由兩臺高揚程低流量的多級不銹鋼立式循環(huán)水泵（一用一備）及相關(guān)配套控制閥門管路組成，通過返程的壓力控制閥的自動調(diào)節(jié)，保證各計量模塊進口還原劑總管還原劑的壓力恒定。稀釋模塊主要由一個稀釋水箱、2臺高揚程低流量的多級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，同樣通過返程的壓力控制閥的自動調(diào)節(jié)，保證各計量模塊稀釋水進口總管還原劑的壓力恒定。

此外還需配套一組計量模塊，每組計量模塊有兩個支路，運行時根據(jù)鍋爐負(fù)荷的變化、爐溫、NOX濃度等實時參數(shù)通過預(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)，配兩臺實時監(jiān)控電腦及相關(guān)的打印設(shè)備，SNCR脫硝自動控制軟件能實現(xiàn)循環(huán)模塊、稀釋模塊、計量模塊、分配模塊和噴射模塊有機組合，在60%～100%負(fù)荷范圍內(nèi)伴隨鍋爐實時工況有預(yù)判全自動調(diào)控脫硝系統(tǒng)的工作，保證鍋爐達標(biāo)排放?？刂葡到y(tǒng)設(shè)手動和自動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行。本文針對蔗渣鍋爐的特性對SNCR爐內(nèi)脫硝法在蔗渣鍋爐上的應(yīng)用進行進一步探討，希望有助于糖廠蔗渣鍋爐脫硝工作的開展。

［1］ 李宏偉.鍋爐脫硝效率影響因素的實驗研究，《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，《中國動力工程學(xué)會青年學(xué)生年會》，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.