潘巖

（梅鋼熱電廠，江蘇 南京 210039）

1 梅鋼全燒煤氣鍋爐簡(jiǎn)介

在以高爐煉鐵—煉鋼—軋鋼為流程的鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，在生產(chǎn)鋼鐵產(chǎn)品的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)品：高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐煤氣［1］。這些副產(chǎn)品煤氣約占鋼鐵企業(yè)總能耗的40%［2］，除供給加熱爐和熱風(fēng)爐等爐窯用來(lái)燃燒外，剩余大部分煤氣資源將輸送到電廠用來(lái)燃燒發(fā)電［3］。

梅鋼熱電廠屬于鋼鐵企業(yè)自備電廠，通過(guò)燃燒煉鐵煉鋼焦化工藝產(chǎn)生的高爐轉(zhuǎn)爐焦?fàn)t煤氣對(duì)梅鋼內(nèi)部供電供熱，整個(gè)電廠區(qū)域布置在煉鐵廠東南角片區(qū)域，電廠初期規(guī)劃僅3爐2機(jī)，預(yù)留場(chǎng)地不大，隨著后期擴(kuò)建，發(fā)展到6爐4機(jī)，這也導(dǎo)致鍋爐房的最西側(cè)及最北側(cè)均已和煉鐵廠一墻之隔，鍋爐房東側(cè)是電廠唯一的主干道及水處理工藝部門(mén)，鍋爐房南側(cè)是汽輪機(jī)房，因此整個(gè)鍋爐區(qū)域空間小而緊湊，今后已無(wú)法騰出更多的建設(shè)施工空間，這也限制了鍋爐區(qū)域新建增設(shè)占地面積較大設(shè)備的可能性。梅鋼熱電廠現(xiàn)有6臺(tái)220 t/9.8 MPa型高溫高壓鍋爐，其中1~3號(hào)鍋爐原為摻燒30%高爐煤氣的煤粉煤氣混燒鍋爐，4~6號(hào)鍋爐為純燒煤氣鍋爐。2012年開(kāi)始，1~3號(hào)鍋爐陸續(xù)改為全燒煤氣鍋爐，6臺(tái)鍋爐當(dāng)量高爐煤氣最高處理能力超100萬(wàn)m3/h，其熱能供應(yīng)汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行，年發(fā)電量超過(guò)10億kW·h。隨著工業(yè)科技水平的不斷發(fā)展，我們也在主動(dòng)跟進(jìn)，多次進(jìn)行設(shè)備技改，2019—2020年所有全燒煤氣鍋爐更新布置了碳酸氫鈉干法脫硫和布袋除塵工藝，經(jīng)處理的鍋爐煙氣SO2小于35 mg/Nm3，煙塵小于5 mg/Nm3，均符合超低排放限值（環(huán)大氣〔2019〕35號(hào)文件）。在煙氣氮氧化物指標(biāo)方面，歷年來(lái)我們采取相應(yīng)技術(shù)方案和措施，如高焦煤燃燒器低熱負(fù)荷、分散布置等降低爐膛峰值溫度以減少熱力型氮氧化物生成的技術(shù)，此外全燒煤氣鍋爐的燃燒調(diào)整操作上采用錯(cuò)層、逐級(jí)供風(fēng)等方法，盡可能降低燃燒溫度高所致的氮氧化物生成，通過(guò)上述處理，各臺(tái)鍋爐煙氣氮氧化物雖然有所下降，但是依然存在峰值高于50 mg/Nm3的時(shí)段，也就是說(shuō)，根據(jù)最新環(huán)大氣〔2019〕35號(hào)文件，我們使用多年的6臺(tái)燃?xì)忮仩t都需要得增設(shè)煙氣脫硝處理工藝才能徹底消除部分時(shí)段NOx大于50 mg/Nm3的情況，保障全時(shí)段穩(wěn)定運(yùn)行，因此我們必須考量分析更多的煙氣脫硝方案，從而確定最適合梅鋼電廠燃?xì)忮仩t的煙氣脫硝工藝，并高效建設(shè)投運(yùn)，促使企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有脫硝工藝情況

煙氣氮氧化物（NOx）脫除工藝，即是煙氣脫硝，現(xiàn)有方法包括SCR、SNCR、氮氧燃燒技術(shù)、電子束照射法、臭氧氧化法、吸附法、氧化吸收法等。目前，最主流應(yīng)用最廣泛的脫硝工藝，分為選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法，即SCR脫硝技術(shù)和SNCR脫硝技術(shù)，SCR法需要使用催化劑，使反應(yīng)溫度降低，其他反應(yīng)原理和SNCR相仿，NOx最終被還原成N2和H2O（若以尿素為還原劑，SNCR反應(yīng)產(chǎn)物還有CO2）。概括而言，國(guó)內(nèi)工廠采用最多的煙氣脫硝工藝技術(shù)主要是SCR脫硝和SNCR脫硝兩種，而受限于場(chǎng)地和建設(shè)周期及成本控制，此兩種脫硝工藝不是梅鋼熱電廠的首選，我們了解到一種B-SNCR脫硝工藝：一種生物質(zhì)脫硝劑，在煙氣內(nèi)650~950℃的溫度區(qū)間內(nèi)通過(guò)多個(gè)專用高效霧化噴嘴，噴入爐膛，使液體生物脫硝劑與煙氣在爐內(nèi)充分覆蓋混合，脫硝劑在高溫和鈣離子的作用下快速分解產(chǎn)生大量高活性自由還原基團(tuán)，與NOx發(fā)生還原反應(yīng)，將NOx還原成N2、CO2和H2O，脫硝綜合反應(yīng)式：CaTN+NOx+SO2+O2→N2+H2O+CO2+Ca SO4。通過(guò)對(duì)上述3種脫硝工藝技術(shù)的整理歸納，對(duì)比如下（見(jiàn)表1）。

表1 3種脫硝工藝對(duì)比

3 對(duì)比后所采用的脫硝工藝

結(jié)合梅鋼熱電廠6臺(tái)鍋爐的煙氣特點(diǎn)和廠區(qū)實(shí)際，從脫硝效率、應(yīng)用業(yè)績(jī)、造價(jià)投資、占地面積等多個(gè)方面對(duì)3種擬采用的脫硝工藝進(jìn)行比較。對(duì)比同等級(jí)傳統(tǒng)燃煤、燃油等鍋爐，全燒煤氣鍋爐的煙氣量大，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物濃度低，因此傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)全燒煤氣鍋爐的煙氣處理存在一定的局限性。由于梅鋼熱電廠鍋爐區(qū)域空間小而緊湊，無(wú)法騰出較大建設(shè)施工空間，加上SCR脫硝工藝投資費(fèi)用、溫度區(qū)間要求、增設(shè)反應(yīng)塔、催化劑、氨逃逸、反應(yīng)物易堵塞空預(yù)器等原因，故排除SCR工藝。SNCR工藝雖然占地較小，但是脫硝效率僅為30%~50%，也不利于全燒煤氣鍋爐的煙氣處理。此外，煙氣處理過(guò)程中產(chǎn)生的固廢、廢水處理及其去向問(wèn)題也需納入考慮。綜上所述，相對(duì)而言，B-SNCR脫硝工藝更適合梅鋼熱電廠的全燒煤氣鍋爐：占地小、投資省、脫硝率＞80%；不需要催化劑、設(shè)備簡(jiǎn)單且該工藝采用生物復(fù)合脫硝劑，據(jù)SDS說(shuō)明書(shū)，脫硝劑無(wú)毒、無(wú)腐蝕，基本滿足全燒高爐煤氣鍋爐超低排放的氮氧化物指標(biāo)要求，B-SNCR脫硝設(shè)備位置示意如圖1所示。

圖1 脫硝設(shè)備位置示意

4 應(yīng)用情況及效果

根據(jù)設(shè)計(jì)，梅鋼熱電廠全燒煤氣鍋爐的煙氣脫硝系統(tǒng)分為2套：1#、2#、3#鍋爐共用一套B-SNCR脫硝系統(tǒng)，4#、5#、6#鍋爐共用另一套系統(tǒng)，每套系統(tǒng)均包含脫硝劑儲(chǔ)罐、除鹽水罐、混合稀釋罐及相關(guān)泵與對(duì)應(yīng)的鍋爐側(cè)脫硝劑調(diào)門(mén)、分配箱、脫硝劑霧化噴槍等，兩個(gè)脫硝劑儲(chǔ)罐，按照機(jī)組平均滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)可保證供應(yīng)7~10 d（見(jiàn)表2、表3）。

表2 主要指標(biāo)（按NOx平均值80 mg/m3計(jì)算）

表3 主要指標(biāo)（按NOx最高值150 mg/m3計(jì)算）

2020年底，根據(jù)6臺(tái)全燒煤氣鍋爐的生產(chǎn)檢修計(jì)劃，相應(yīng)依次安排停爐后爐膛水冷壁開(kāi)預(yù)留孔，以便后期安裝脫硝噴槍。在前期各項(xiàng)工作完成后，2021年3月開(kāi)始施工建設(shè)，2021年6月23號(hào)竣工，7月1日正式投運(yùn)。投運(yùn)2個(gè)月來(lái)，運(yùn)行情況良好，在燃料高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣比例發(fā)生大幅變化期間，能正常作用，鍋爐煙氣NOx全時(shí)段穩(wěn)定控制在50 mg/Nm3以下，脫硝藥劑消耗平均穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值5~10 t/d，B-SNCR脫硝工藝完全符合梅鋼熱電廠對(duì)場(chǎng)地和建設(shè)周期及成本控制方面的要求。在煙氣處理方面，B-SNCR脫硝工藝也為我們新增了一項(xiàng)可控選擇的技術(shù)方案，今后我們還將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)努力，爭(zhēng)取進(jìn)一步降低成本。

5 部分B-SNCR脫硝工藝經(jīng)驗(yàn)

各種煙氣脫硝工藝最終都會(huì)體現(xiàn)到工藝效果和藥劑成本兩個(gè)方面，為了將成功案例進(jìn)一步分享，并為其他考慮B-SNCR脫硝工藝的企業(yè)提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)就梅鋼熱電廠B-SNCR脫硝工藝應(yīng)用以來(lái)部分特殊時(shí)段脫硝劑用量增大的情況作詳細(xì)介紹，以供大家參考。

2021年7月，按照超低排放標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐煙氣出口NOx濃度控制在50 mg/Nm3以下，部分時(shí)段由于全燒煤氣鍋爐的源頭煤氣品質(zhì)較好，NOx穩(wěn)定在40 mg/Nm3左右，不需要投用脫硝劑。NOx在40~70 mg/Nm3范圍內(nèi)時(shí)，個(gè)別鍋爐未投脫硝劑，部分鍋爐投用少量脫硝劑，3#、5#、6#鍋爐投用了部分短噴槍（見(jiàn)表4），據(jù)統(tǒng)計(jì)6臺(tái)鍋爐7月份的單日脫硝劑總用量在5~10 t。

表4 脫硝噴槍投用數(shù)

5.1 源頭煤氣品質(zhì)對(duì)脫硝劑用量的影響

目前，梅鋼熱電廠僅有鍋爐煙氣出口NOx參數(shù)，沒(méi)有入爐源頭煤氣的品質(zhì)的參數(shù)值，因此相同負(fù)荷相同煤氣當(dāng)量下，由于入爐煤氣品質(zhì)變化，存在由此導(dǎo)致的脫硝劑用量增大，因此今后在脫硝劑用量增大時(shí)，該情況也要列入影響要素。

5.2 極低試驗(yàn)對(duì)脫硝劑用量的影響

2021年8月以來(lái)，源頭煤氣品質(zhì)發(fā)生變化，加上極低試驗(yàn)期間，鍋爐煙氣出口NOx濃度按照小于25 mg/Nm3控制，遠(yuǎn)超脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的排放標(biāo)準(zhǔn)（NOx濃度越大越容易脫除，越低則越難以脫除），因此脫硝劑用量明顯增加（表5）。

表5 極低試驗(yàn)期間脫硝劑用量

5.3 焦煤摻燒量對(duì)脫硝劑用量的影響

根據(jù)8月21日鍋爐汽機(jī)大屏，鍋爐負(fù)荷1 161.9 t，滿負(fù)荷，其中焦?fàn)t煤氣為4.47萬(wàn)m3。由于1#至6#鍋爐中，焦煤摻燒能力最大的就是3#、4#鍋爐（2~2.5萬(wàn)m3/h），因此需要多燒焦?fàn)t煤氣時(shí)，3#、4#鍋爐優(yōu)先摻燒。摻燒焦煤較多則導(dǎo)致NOx 指標(biāo)上升，脫硝劑用量同時(shí)增加。以4#鍋爐為例，上述時(shí)段的焦煤支管調(diào)節(jié)閥開(kāi)度14%，NOx瞬時(shí)值為34.85 mg/m3，NOx平均值為32.56 mg/m3。8月21日10時(shí)30分，將4#鍋爐焦煤支管開(kāi)度關(guān)小到4%后，NOx開(kāi)始逐步下降，到11時(shí)2分，4#爐NOx瞬時(shí)值下降到16.92 mg/m3，NOx平均值下降到18.98 mg/m3。脫硝系統(tǒng)投運(yùn)以前，3#、4#爐NOx在40~50 mg/m3時(shí)，摻燒1.5~2 t萬(wàn)焦煤，20 min內(nèi)NOx會(huì)上升到60~80 mg/m3，也可說(shuō)明摻焦煤對(duì)NOx上升有密切關(guān)系。

5.4 表計(jì)故障對(duì)脫硝劑用量的影響

8月21日20時(shí)47分，監(jiān)測(cè)屏上4#爐NOx上升到49.91 mg/m3，4#爐通過(guò)降負(fù)荷到150 t，焦煤摻燒量降低到0，加大脫硝劑用量均無(wú)法使NOx下降，于是聯(lián)系校驗(yàn)表計(jì)，校表之后，NOx下降到23.3 mg/m3。發(fā)生上述情況時(shí)，增加脫硝劑不僅無(wú)法降低NOx，而且會(huì)增大藥劑用量和成本，類似情況，8月12日也有發(fā)生：校表前，6#爐NOx 為38.77 mg/m3，校表后6#爐NOx 為8.87 mg/m3。

5.5 高溫對(duì)脫硝劑用量和噴槍的影響

根據(jù)4#爐膛CT系統(tǒng)顯示，高負(fù)荷時(shí)爐膛火焰中心溫度約1 300 ℃，爐膛四周?chē)姌寘^(qū)域大部分處于950~ 1 000 ℃，而脫硝劑的最佳反應(yīng)溫度區(qū)間在650~950 ℃，因此高負(fù)荷工況，尤其摻燒焦煤時(shí)，脫硝劑未處于最佳反應(yīng)區(qū)間，部分脫硝劑未能完全反應(yīng)，也會(huì)導(dǎo)致用量明顯增加。此外，若爐膛火焰中心較長(zhǎng)時(shí)間的偏移也導(dǎo)致個(gè)別近距的噴槍頭部損壞。

5.6 長(zhǎng)噴槍在脫硝中的使用

由于可供參考的案例有限，為了保障和強(qiáng)化6臺(tái)全燒煤氣鍋爐在極端工況下的煙氣覆蓋面和脫硝效果，在東西側(cè)爐墻上部，折焰角后的高溫過(guò)熱器區(qū)域，還布置了數(shù)量不一的長(zhǎng)噴槍，以便脫硝劑進(jìn)一步與煙氣反應(yīng)。根據(jù)運(yùn)行測(cè)試，通過(guò)增減短噴槍的投用支數(shù)，可以完全覆蓋所需處理的鍋爐煙氣，而長(zhǎng)噴槍單獨(dú)使用時(shí)，未能起到明顯效果，故今后對(duì)這6臺(tái)全燒煤氣鍋爐的煙氣脫硝，還是以短噴槍為主力。

5.7 脫硝投運(yùn)對(duì)脫硫帶來(lái)的影響

全燒煤氣鍋爐B-SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，由于脫硝劑內(nèi)Ca2+的存在，對(duì)脫硫也起到了一定作用，7月脫硫小蘇打用量對(duì)比6月減少100 t（6月耗量191 t，7月份耗量90 t），8月份SO2指標(biāo)按照小于10 mg/m3控制的情況下，小蘇打全月用量為122 t，依然小于6月份的耗量，因此對(duì)于上述6臺(tái)鍋爐而言，也有利于減少脫硫小蘇打耗量。

6 結(jié)語(yǔ)

B-SNCR脫硝在梅鋼熱電廠全燒煤氣鍋爐的煙氣脫硝處理上，效果明顯，但是存在大量摻燒焦煤氣、極低試驗(yàn)時(shí)，脫硝劑用量明顯增大的情況。通過(guò)在各臺(tái)鍋爐煙氣脫硝過(guò)程中所取得的經(jīng)驗(yàn)，將繼續(xù)做好各臺(tái)鍋爐的精準(zhǔn)調(diào)控操作，以提高資源、能源利用率，進(jìn)一步提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。