鄭合飛　焦建忠

【摘 要】循環(huán)流化床鍋爐實(shí)施超低排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，由于燃燒特點(diǎn)不同于煤粉爐，脫硝的工藝可以不同于煤粉爐，從而使企業(yè)減少投資優(yōu)化技術(shù)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床鍋爐；脫硝；超低排放

【Abstract】Circulating fluidized bed boiler of ultra-low emission standards， the combustion characteristics different from pulverized coal boiler， the process of denitrification can be different from a pulverized coal furnace， so as to make the enterprise to reduce the investment optimization technology to achieve the emission standard.

【Key words】Circulating fluidized bed boiler；Denitrification；Ultra-low emission

1 國(guó)家形勢(shì)

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)入到深水區(qū)，我國(guó)環(huán)境情況也在最近幾年交易區(qū)有了很大的變化，京津冀霧霾影響著人的健康、城市的文明水平。十八大充分體現(xiàn)了以人為本的基本精神，將生態(tài)文明建設(shè)寫入報(bào)告，并多次提及15次之多。2015年1月1日將執(zhí)行新的《環(huán)境保護(hù)法》把環(huán)境保護(hù)提升到基本國(guó)策的高度。

我國(guó)國(guó)家環(huán)保部《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014 對(duì)電廠鍋爐煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值進(jìn)行了明確規(guī)定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煙塵排放量的70%，二氧化硫排放量的90%，氮氧化物排放量的67%都來自燃煤。作為燃煤大戶的火電廠貢獻(xiàn)率比重最大，因此，治理電廠的污染物排放將變的尤為重要。本文主要對(duì)大型循環(huán)流化床鍋爐的氮氧化物排放控制措施進(jìn)行討論。

2 傳統(tǒng)上電廠燃煤鍋爐在脫硝上采取的工藝

目前火電廠應(yīng)用的脫硝手段有三種：低氮燃燒脫硝、選擇性催化還原法（SCR）脫硝和非選擇性催化還原法（SNCR）脫硝。低氮燃燒脫硝目前在300兆瓦以上新建機(jī)組都有應(yīng)用，但脫除效率比較低，低氮燃燒技術(shù)能使電廠煙氣中氮氧化物的濃度達(dá)到300～400毫克/立方米，在這種情況下，再利用SCR脫硝就可以達(dá)到100毫克/立方米以下。兩者配合使用，催化劑的效率可達(dá)70%～80%，對(duì)于實(shí)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)的限值是比較可行的。

2.1 低氮燃燒技術(shù)

從氮氧化物的生成機(jī)理看，占氮氧化物絕大部分的燃料型氮氧化物是在煤粉的著火階段生成的，因此，通過特殊設(shè)計(jì)的燃燒器結(jié)構(gòu)以及通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例，可以將前述的空氣分級(jí)、燃料分級(jí)和煙氣再循環(huán)降低氮氧化物濃度的大批量用于燃燒器，以盡可能地降低著火氧的濃度適當(dāng)降低著火區(qū)的溫度達(dá)到最大限度地抑制氮氧化物生成的目的，這就是低氮氧化物燃燒器。目前主要有以下幾種：

1）低過量空氣燃燒；

2）空氣分級(jí)燃燒；

3）燃料分級(jí)燃燒；

4）煙氣再循環(huán)；

5）低氮氧化物燃燒器。

低氮燃燒技術(shù)優(yōu)勢(shì)。低氮燃燒技術(shù)是根據(jù)氮氧化物的生成機(jī)理，主要通過采用空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)和低氮燃燒器等方法降低煤粉燃燒過程中氮氧化物的生成量的技術(shù)。這類技術(shù)具有相對(duì)簡(jiǎn)單，投資、運(yùn)行費(fèi)用較低等特點(diǎn)，是經(jīng)濟(jì)、有效的技術(shù)措施，同時(shí)大幅度地降低二次循環(huán)污染。

2.2 SCR脫硝技術(shù)

在眾多的脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原法（SCR）是脫硝效率最高，最為成熟的脫硝技術(shù)。在日本、歐洲、美國(guó)目前約有300套裝置，我國(guó)隨著生態(tài)文明建設(shè)的要求，電廠鍋爐使用SCR 方法已成為目前脫硝比較成熟的主流技術(shù)。

2.2.1 SCR法煙氣脫硝原理

在催化劑作用下，向溫度約280℃～420℃的煙氣中噴人氨，將N0還原成N2和氮氧化物。由于該反應(yīng)沒有產(chǎn)生副產(chǎn)物，并且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合于處理大量的煙氣。

2.2.2 SCR煙氣脫硝工藝的影響因素

催化劑、溫度環(huán)境及空氣流速無疑是SCR設(shè)計(jì)的三要素；當(dāng)前流行的成熟催化劑有蜂窩式、波紋狀和平板式等。當(dāng)前各種催化劑活性成分大部分為WO3和V2O5。如果反應(yīng)區(qū)溫度太低，催化劑的活性降低，脫硝效率下降，則達(dá)不到脫硝的效果。催化劑按溫度分為三類：高溫催化劑345℃～590℃、中溫催化劑260℃～380℃及低溫催化劑80℃～300℃。目前，國(guó)內(nèi)外SCR系統(tǒng)大多采用高溫催化劑，反應(yīng)溫度在315℃～400℃。除了溫度的影響，空氣流速對(duì)催化劑性能的影響也是重中之重，煙氣在SCR反應(yīng)塔中的空塔速度是SCR 的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，煙氣體積流量與SCR反應(yīng)塔中催化劑體積比值， 反映了煙氣在SCR 反應(yīng)塔內(nèi)的滯留時(shí)間的長(zhǎng)短。煙氣的空塔速度越大，其停留時(shí)間越短。一般SCR 的脫硝效率將隨煙氣空塔速度的增大而降低。

另外，根據(jù)鍋爐煙氣中的粉塵濃度大小，SCR布置可設(shè)計(jì)為高粉塵濃度的及低粉塵濃度的，這兩種工藝特點(diǎn)將影響到工程的技術(shù)路線及造價(jià)，如何選擇設(shè)計(jì)是影響脫硝效率及設(shè)備可靠性的主要因素。

2.3 SNCR脫硝技術(shù)

SNCR技術(shù)是目前世界上除SCR法外應(yīng)用最多的一種脫硝技術(shù)，全世界大約有300套SNCR裝置應(yīng)用于電廠鍋爐、工業(yè)鍋爐、市政垃圾焚燒爐和其他燃燒裝置。該技術(shù)脫除氮氧化物的機(jī)理簡(jiǎn)單，在反應(yīng)溫度為850-950℃條件下，利用氨或尿素等還原劑分解成的自由基NH3和NH2，將氮氧化物@還原為N2和H2O。

SCR工藝具有不改變?cè)袪t型、投資費(fèi)用較低、工程建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，主要設(shè)備為溶解系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。但是氨逃逸率高，脫硝效率低，所以為了克服這些缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外一些電廠常把SNCR技術(shù)和SCR技術(shù)組合在一起應(yīng)用，以達(dá)到脫硝目標(biāo)。

3 循環(huán)流化床鍋爐在超低排放中的探索

3.1 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特點(diǎn)

循環(huán)流化床鍋爐是燃料范圍適應(yīng)性較大的低污染清潔燃燒技術(shù)。其具有燃燒溫度低850～900℃、煙氣中污染氣體排放濃度低等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今日益嚴(yán)峻的能源枯竭和生態(tài)保護(hù)要求下，在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展目前機(jī)組最大等級(jí)為600MW。

在鍋爐燃燒過程中，氮氧化物的生成可分為溫度型氮氧化物（包括快速溫度型）和燃料型氮氧化物。

溫度型氮氧化物是指燃燒過程中空氣含的氮?dú)猓诟邷叵拢?500℃以上）產(chǎn)生的氮氧化物，它隨溫度的升高而急劇生成。另外，氧氣的濃度越高，氮氧化物的生成量就越高。綜上所述，影響溫度型氮氧化物的生成量，主要影響因素是溫度、氧氣濃度和停留時(shí)間。CFB爐的燃燒溫度在850～900，所以基本上沒有溫度型氮氧化物的產(chǎn)生。

燃料型氮氧化物是指燃料中的N，在燃燒過程中氧化而生成的氮氧化物，而燃料型氮氧化物的生成量只占煤中N的產(chǎn)物的60%，其余大部分為N2和NH3，且燃料型氮氧化物的生成溫度范圍在600～800℃。由于燃燒中碳粒子的存在及NH3的生成，它們又是氮氧化物的良好的還原劑，特別是在850～950℃范圍內(nèi)。

根據(jù)上述分析，要想降低氮氧化物的排放量，一（下轉(zhuǎn)第143頁）（上接第100頁）是要控制低溫燃燒（CFB爐的燃燒溫度在850～900℃，正是脫硫的最理想的溫度范圍）；二是要采用分級(jí)燃燒。所謂分級(jí)燃燒，就是讓燃料在床層中空氣（即一次風(fēng)）稍微不足的條件下燃燒（稱為一級(jí)燃燒），這時(shí)由于空氣不足，一次風(fēng)只能供部分燃料燃燒，產(chǎn)生大量碳粒和NH3與煙氣混合，進(jìn)而將氮氧化物還原成H2、N2，這時(shí)再在床層上方適當(dāng)位置送入二次風(fēng)，以保證氮氧化物的分解反應(yīng)充分完成（稱為二級(jí)燃燒）。CFB爐則很好的滿足了這些要求，從而使煙氣中的氮氧化物含量在40～150mg/m3（而同煤種的PC爐，則在300～450mg/m3）。

3.2 循環(huán)流化床鍋爐脫硝工藝選擇分析

1）對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐來說，燃燒溫度在850～900，所以基本上沒有溫度型氮氧化物的產(chǎn)生，只有燃料型氮氧化物產(chǎn)生，經(jīng)過多層燃燒的燃燒方式，有很好的抑制氮氧化物的生成的作用，使鍋爐的排放值更低，增加全容量的SCR脫硝方式將會(huì)增加較高的成本，是不經(jīng)濟(jì)的選擇。因此，大型循環(huán)流化床鍋爐可優(yōu)化完善二次風(fēng)等燃盡風(fēng)配風(fēng)方式，將鍋爐內(nèi)部就將一次燃燒區(qū)的氮氧化物還原一部分，降低60%～70%，再安裝一套SNCR脫硝裝置，降煙氣氮氧化物降低65%～70%，最終排放將滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)50/mg/m3。

2）成本分析

通過對(duì)具有代表性的燃煤電廠進(jìn)行的脫硝情況調(diào)研，認(rèn)為新建煙氣脫硝裝置的初始投資成本主要由3個(gè)部分構(gòu)成：（1）脫硝裝置建設(shè)安裝費(fèi)用；（2）配風(fēng)優(yōu)化費(fèi)用；（3）氨貯存和管道建設(shè)費(fèi)用。后期運(yùn)行時(shí)還將增加原劑購買費(fèi)用。

2014年部分地區(qū)頒布的新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定重點(diǎn)區(qū)域的氮氧化物排放限值為50mg/m3，根據(jù)調(diào)研得到的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)我國(guó)已運(yùn)行電廠的煙氣脫硝技術(shù)的投資費(fèi)用進(jìn)行了計(jì)算，每臺(tái)鍋爐SNCR裝置費(fèi)用約2000～3000萬元，配風(fēng)優(yōu)化改造費(fèi)用約1000～1500萬元。

4 總結(jié)與展望

《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014對(duì)火電廠氮氧化物的排放已做出嚴(yán)格限制規(guī)定，部分省針對(duì)區(qū)域的污染情況及經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，又制定了更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)——超低排放，因此企業(yè)的環(huán)保排放不但要滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)更要符合產(chǎn)業(yè)政策，相對(duì)于以前的粗放型、污染型經(jīng)濟(jì)已經(jīng)不滿足現(xiàn)在的社會(huì)形勢(shì)。企業(yè)要想生存、要發(fā)展就必須考慮環(huán)保要求，企業(yè)不管是建設(shè)新項(xiàng)目還是對(duì)原有的設(shè)備進(jìn)行改造，一定要有前瞻性，而對(duì)于大型的循環(huán)流化床鍋爐電廠來說，一方面改造要有效果，另一方面，改造的投入要合理，采用優(yōu)化二次風(fēng)加SNCR的改造方式，是利用鍋爐燃燒特性的一種方式，能夠滿足使用要求，并為企業(yè)節(jié)約大量資金。

[責(zé)任編輯：劉展]