活性氨基烟气脱硝技术在燃煤锅炉中的应用

                       杨晨光、王忠和、邬永胜

（内蒙古晨宏力化工集团有限责任公司  内蒙古阿拉善盟750336）

摘要：介绍了燃煤锅炉烟气脱销的建设意义、工艺、特点、运行效果

关键词：活性氨基脱销工艺的应用

目前当地环保部门要求燃煤锅炉需要增加脱硝装置，锅炉排放烟气要求符合《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）。因此我公司为了能使锅炉烟气中的NOx 排放量达到《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）》标准，对燃煤锅炉进行脱硝技术改造。

为满足国家排放标准的要求，基于国内外成熟的 NOx 控制技术，以及针对循环流化床锅炉烟气脱硝控制优先采用活性氨基还原剂烟气脱硝技术，经过活性氨脱硝之后 NOx 排放浓度降到地方排放标准以下。确保燃煤锅炉烟气脱硝技改项目能及时、有效地实施，降低 NOx 排放量，达到环保对锅炉烟气排放要求。坚守环保排放标准，增强企业的环保形象。 

一、项目建设的目的及意义 

我国一次能源结构中 70～80%由煤炭提供，每燃烧 1吨煤产生 5～30kg 氮氧化物。据统计显示，据全国环境统计公告显示，2014 年全国废气中氮氧化物排放量 2078.0 万吨。其中，工业氮氧化物排放 量为 1404.8 万吨、城镇生活氮氧化物排放量为 45.1 万吨、机动车氮氧化物排放量为 627.8 万吨。全国废气中烟（粉）尘排放量 1740.8 万吨。其中，工业烟（粉）尘排放量为 1456.1 万吨、城镇生活烟尘 排放量为 227.1 万吨、机动车烟（粉）尘排放量为 57.4 万吨。

氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的氮氧化物 NOx 有多种不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4 和 N2O5，其中氮氧化物(NOX)主要是 NO 和 NO2，吸入人体可引起肺损害，甚至造成肺水肿，并对中枢神经产生影响。大气中的 NOX 和挥发性有机物达到一定浓度后，在太阳光照射下经过一系列复杂的光化学反应，产生光化学烟雾，导致生态系统遭受损害，农作物减产。光化学烟雾会使大气能见度降低，对人眼睛、喉咙有强烈的刺激作用，并会产生头痛、呼吸道疾病恶化，甚至会造成死亡。NOX在大气中可形成硝酸和细颗粒硝酸盐，同硫酸和细颗粒硫酸盐一起发生远距离输送，从而加速了区域性酸雨的形成。

    燃煤锅炉是对大气污染物贡献量较大的行业之一，为改善大气环境质量，保护生态环境，对实现火电行业可持续发展，加快循环经济发展，实现总量控制目标和污染物消减目标，消除和减轻环境污染局面都具有重要意义。

二、燃煤锅炉烟气脱销工艺介绍

目前烟气脱硝的主要方法：选择性催化还原法（SCR）；选择性非催化还原法（SNCR）；活性氨基还原剂烟气脱硝技术；

2.1、SCR脱硝技术的核心是利用NH3在催化条件下与NOx发生氧化还原反应；

SCR技术具有反应温度低、脱硝效率高的优点，成为控制NOx的主要方法。在SCR 技术中催化剂是核心，催化剂的性能直接影响NOx的脱除效果。但是，催化剂容易中毒，增加了系统的不稳定性；催化剂的建设成本占整个SCR脱硝系统的30%，其运行也占到总运行成本约40%。

2.2、SNCR脱硝技术是NH3在高温（800-1000℃）下与NOx发生氧化还原反应。NH3的制备包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料。SNCR脱硝技术是NH3在高温（800-1000℃）下与NOx直接发生氧化还原反应。SNCR脱硝是在炉膛或烟道中合适温度(800~1000℃)位置喷入氨基还原剂，无需催化剂，利用还原剂释放出的NH3选择性地将烟气中的NOx还原为无害的N2和水。SNCR技术脱硝率中等，不需要催化剂，运行费用较低，建设周期短，适合中小型锅炉的改造。在SNCR 工艺中存在如下问题：含量10-20%氨或尿素水溶液喷入反应区内会造成高温反应区内骤然大幅降温，而且反应区内各区域的温度不均匀，从而导致脱硝效率低下，目前一般的脱硝效率小于50%，并且影响炉内燃烧效率。

2.3、活性氨基还原剂烟气脱硝技术是采用山东大学的专利技术：一种燃煤烟气同时气相脱硫脱硝的方法，一类氨基还原剂(NR3)能够在反应温度600~900℃，无催化剂条件与NOx发生氧化还原反应，从而达到脱硝的目的。我们称之为活性氨基烟气脱硝技术。它能够克服SCR和SNCR技术的缺点，既不需要催化剂，也不需要太高的反应温度，能够与NOx发生氧化还原反应而达到脱硝的目的。其主要特点是：NR3比NH3具有高的反应活性。

三、燃煤锅炉烟气脱硝工艺选择

根据以上三种脱销工艺的比较，我公司择优选择活性氨基还原剂烟气脱硝技术，本技术采用活性氨基还原剂烟气脱硝技术外购活性氨固体粉末，储存于料仓。料仓设有计量器、分配器，以空气作载气，罗茨风机作为动力源，通过气力输送设备，将活性氨喷入燃煤锅炉反应区域，与烟气中的NOx反应。

图1. 脱硝工艺流程示意图

四、活性氨烟气脱硝技术的设计特点分析

4.1、现有脱硝技术是利用NH3(包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨)在高温下（SNCR技术）或催化条件下（SCR技术）与NOx发生反应而达到脱硝的目的，活性氨脱硝技术是利用活性氨基还原剂(NR3)在中等反应温度、无需催化剂条件下与NOx发生反应而达到脱硝目的，具有重大的理论突破。

4.2、在活性氨烟气脱硝技术系统设计上，采用自动调节方式，通过检测烟道内氮氧化物的含量自动调整活性氨的喷入量，达到所需的处理效果。

4.3、本技术所使用的脱硝剂反应时间迅速，3min后就能看到脱硝效果；脱硝效率大于80%，脱硝过程无氨逃逸现象；

4.4、活性氨烟气脱硝系统采用固体粉末脱硝剂直接喷入炉膛，只要烟气温度600℃~900℃，即可达到预期的处理效果。

4.5、活性氨烟气脱硝技术具有设备投资少、脱硝效率高、运行成本低和适用范围广的特点，是一项具有广泛应用前景的脱硝技术，对于解决我国目前的脱硝难题具有重要的现实意义。

4.6、活性氨烟气脱硝工艺不用催化剂，解决了目前我国脱硝催化剂质量不高、生产成本高、烟气成分影响大、运行费用高等一系列重要问题；活性氨烟气脱硝反应温度不高，反应选择性好，避免了SNCR脱硝工艺所存在的多种问题。

4.7、活性氨烟气脱硝技术只需建立活性氨料仓、输送系统及其喷射系统，占地面积小等特点。

4.8、活性氨烟气脱硝技术克服了现有SCR技术的催化剂投资大、烟气成分影响大、运行成本高等缺点；克服了SNCR技术的反应温度高、还原剂与烟气混合程度差、脱硝效率低、氨气逸出量大等一系列缺点。

五、节能措施及效果分析 

5.1、节能措施综述

本着技术成熟、运行可靠、指标先进、经济合理的原则，同时充分考虑国内设备的制造水平及现状，在设计中采用先进的节能措施和节能产品。

（1）、采用全数字变频装置对供料系统进行调速，从而实现对罗茨风机风量的控制，节省电能大约30%～40%左右。

（2）选用高性能的节约型 S11系列变压器以减少变压器自身的损耗，节约电能大约5%左右。

（3）对于中小型电动机均选用高性能 YE3 或 YE4 系列节能电动机，并且采取直接启动，减少因采用起动装置起动的电能损耗。对于高压绕线电机选用液体变阻器作为启动装置，既改善了电机的启动特性，又节省因采用频敏变阻器启动带来的较大能量损耗。

5.2、节能效果分析

本项目为达到节能、环保的目标，在工艺流程设计、设备布置、设备选择以及建构筑物设计等方面严格执行国家及内蒙古自治区相关方面的节能标准、规范。在国家“节能减排、资源综合利用”的政策引导下，秉着“发展循环经济、科学环保”的理念，本项目积极选用高效节能的设备、材料和技术方案，充分发挥企业自身优势，从根本上满足了国家相关的节能要求。

六、活性氨烟气脱硝运行效果（1#锅炉运行数据）

本工程是2台锅炉采用高反应活性氨基还原剂烟气脱硝工艺对锅炉烟气进行脱硝改造。本工程改造后，继续采用袋式除尘器 + 脱硫塔（双碱法湿式）烟气除尘脱硫工艺。项目除尘效率大于99.9%，脱硫效率大于81.4%，脱硝效率大于80%，锅炉烟囱高度为60m。

经建设项目工程分析计，公司2×35t/h循环流化床锅炉NOX的排放量为22.21t/a。原有工程NOX排放浓度小于400mg/m3，本次改造脱硝效率取80%，则处理后NOX的排放浓度小于80mg/Nm3。

活性氨烟气脱销运行数据表：

七、结语

该活性氨烟气脱硝装置投入运行后，脱销效果明显，烟气中NOX含量降低到排放标准以下，脱硝过程无氨逃逸现象，达到环保排放要求。

本项目投用后，生产过程不需要用水，无生产废水产生；生产过程也不产生固体废物。

联系人：杨晨光