（唐山市热力总公司）
摘要：本文主要针对供热锅炉的烟气脱硝技术进行了研究，阐述了供热锅炉SCR烟气脱硝技术的原理、特点，论述了供热锅炉SCR工艺技术设计、运行与维护等过程中的要点，提出了加装SCR装置对锅炉的影响及改进措施。同时，探讨了在供热锅炉上使用SCR技术的工艺优化措施。
关键词：供热锅炉 烟气脱硝 SCR技术
1背景
据统计，我国工业燃煤锅炉每年的总能源消耗和污染排放均位居全国工业行业第二位，仅次于电站锅炉。这些工业锅炉多为低空排放，对城市大气污染贡献率高达45-65％，且布局相当分散，大多分布在城市或居民区的周边。这些锅炉采用的燃煤品质差、差异大，污染物排放强度高，氮氧化物排放浓度高达500-1000mg/m3。更为重要的是，目前只有少数工业锅炉（窑炉）安装脱硝装置。
为切实改善空气质量，根据国家和地方出台的《大气污染防治行动计划》、《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》等的要求，加快重点行业脱硫、脱硝、除尘改造工程建设。除循环流化床锅炉以外的燃煤机组均应安装脱硝设施。京津冀、长三角、珠三角等区域要于2015年底前基本完成燃煤电厂、燃煤锅炉和工业窑炉的污染治理设施建设与改造，完成石化企业有机废气综合治理。
我国北方工业锅炉烟气脱硝技术的应用是以适应我国大气污染的减排力度为要求而进行的，锅炉负荷、烟气量、烟气温度，NOx浓度、SO2浓度、烟尘等随锅炉负荷波动而变化，和电厂稳定的负荷工况相比，各种脱硝技术在工业锅炉的应用难度较大，需要解决一系列问题。
2烟气脱硝技术
目前，国内外控制NOx排放技术大致分为两类：低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术。低NOx燃烧技术主要包括过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧以及烟气再循环等。烟气脱硝技术包括选择性非催化剂还原法烟气脱硝（SNCR法）、选择性催化剂还原法烟气脱硝（SCR法）、臭氧氧化法等。烟气脱硝技术中，SNCR、SCR以及两种工艺的联合脱硝技术是最常用的工艺，三种工艺对比详见表1。SCR脱硝技术以其脱除效率高，适应当前环保要求而得到高度重视和广泛的应用。
表1 烟气脱硝技术对比
3SCR工艺技术原理及特点
3.1SCR工艺技术原理
SCR技术是指在金属催化剂作用下，以NH3作为还原剂，将NOx还原成N2和H2O。其反应公式如下：
图1 典型SCR脱硝工艺流程
3.3SCR脱硝技术工艺特点
（1）脱硝效率高，可达到80～90%的脱硝效率。
（2）对新建锅炉有较好的适用性，对于老锅炉改造，要视锅炉尾部有无适当改造空间而定。大多数供热锅炉需改造尾部受热面已达到SCR反应的温度要求。
（3）无二次污染。
（4）供热锅炉主要集中在城市中，对烟气氮氧化物排放浓度要求很高，SCR较高的脱硝效率可满足其脱硝要求。
（5）易实现自动化控制。
4SCR系统设计要点
4.1SCR主要性能设计参数
SCR系统工艺参数应根据供热锅炉容量和调峰要求、燃料品质、氮氧化物控制规划和环境影响评价要求等因素，经全面分析后确定。在设计时要充分考虑以下性能参数：
（1）脱硝效率。可高达90%以上，根据具体要求确定。
（2）反应温度。一般控制在320~420℃。
（3）氨氮摩尔比。一般控制在1.2以下。
（4）接触时间。接触时间越长，脱硝效率越高。
（5）入口烟气含尘量。可引起催化剂中毒、堵塞、磨损等。
（6）氨逃逸率。SCR反应器出口氨逃逸率必须控制在3ppm以内。
（7）SO2/SO3转化率。转化率控制在1%以内。
4.2SCR主要设备选型
SCR脱硝装置由氨储存和制备供应系统、脱硝反应系统、氨稀释系统、烟气系统、氨/空气混合系统、吹灰系统、电气控制系统等。对于该系统中的主要设备，其选型参数及功能见表2。
表2 主要设备选型参数与功能
4.3SCR系统的设计要点
（1）合理选择催化剂：根据烟气温度、烟气成分、烟气压降、烟气氮氧化物浓度、氮氧化物脱除率、氨的逸出量、催化剂寿命、SO2/SO3转换率、烟气含尘量及其成分组成和反应器的布置空间等合理选择催化剂形式和用量。
（2）优化反应器、烟道系统的设计：为保证烟气流场的稳定、均匀性，工程设计中需要借助于CFD模拟的效果对SCR系统的烟气系统、反应器进行设计，必要时还需要建立实体物理模型以确认烟气平稳均匀流动。
（3）合理设计氨/烟气混合系统：针对项目进行个性化设计，合理布置喷氨格栅，以达到NOx/NH3分布均匀、烟气速度分布均匀、减小烟气温度偏差、获得最小烟气压降的目的。
（4）合理布置氨区设备：根据规程规范的要求，合理布置氨区的设备、消防设施及氨泄漏检测系统，保证SCR系统还原剂供应的要求。
5SCR系统运行与维护
供热锅炉负荷变化较大较快，运行人员必须根据相关规章制度运行维护SCR系统，以保证系统的稳定运行。运行人员在上岗前应进行专业培训，如启动前的检查和启动要求的条件、设备的正常运行、设备故障的发现、事故或紧急状态下操作和事故处理等；在日常运行时应进行相关监视，如监视有关警报指示、监视有关仪表是否正常、监视DCS脱硝装置各自动装置是否在自动、各设定值是否正常、监视各化学分析装置是否正常、稀释风系统是否运行正常，脱硝系统运行状况、设施维护和生产活动应有记录。运行人员应按照规定坚持做好交接班制度和巡视制度。脱硝系统的维护保养应纳入全厂的维护保养计划中。定期进行部件修理和更换。做好维护保养记录。
6SCR脱硝装置运行对锅炉的影响
锅炉增加烟气脱硝装置，会对锅炉产生影响，主要影响表现在以下几个方面：
（1）对锅炉烟气系统阻力的影响。增设SCR后，SCR装置的阻力一般为1000Pa左右，空预器增加的阻力一般为200 Pa左右。而整个锅炉烟风系统的阻力一般为2000~3000 Pa左右。可见，SCR装置对锅炉的烟道阻力特性会引起大的变化。催化剂和空预器的积灰会加重这一影响。大多数情况下，供热锅炉增设SCR反应器后需更换或改造引风机。
（2）对空预器的影响。SCR运行过程中，逃逸的氨气与烟气中的SO3会发生反应，形成的硫酸铵或硫酸氢氨会引起下游空预器的腐蚀。硫酸氢氨是一种粘附性很强并具有较强腐蚀性的物质，在140~230℃之间的温度范围内，位于空预器常规设计的冷端层上方和中间层下方，具有极强的吸附性，造成大量灰分沉降在金属表面和卡在层间，引起堵塞。增设SCR反应器的锅炉需对空预器进行改造。
（3）对锅炉结构的影响。装设SCR装置的供热锅炉，支撑SCR装置的钢架通常是与锅炉钢架为联合体系，这样的钢架有利于稳定性并可以节约钢材。对于已建锅炉进行脱硝改造时，在炉后设置独立的SCR钢架，这就涉及SCR钢架与锅炉本体的钢架的传力、锅炉本体钢架的斜撑调整和重新校核等问题。
（4）对锅炉流场的影响。SCR 烟气脱硝系统通常会导致空预器烟气入口流场分布发生不同程度的变化由此影响空预器的传热、磨损、腐蚀和堵灰特性。
7SCR技术在供热锅炉上应用需注意的问题
受自身特点的要求，在集中供热锅炉的烟气脱硝技术的实施过程中，要解决SCR脱硝技术难以适应集中供热锅炉负荷和炉温频繁变化、无法达到持续稳定运行效果等问题。因此，在供热锅炉上使用SCR技术时，需注意以下几个问题：
（1）供热锅炉的改造。锅炉改造是实现供热锅炉的烟气脱硝技术有效实施的前提，只有改进锅炉的结构和受热面布置方式，才能保证SCR装置系统入口烟气温度能够满足具体的工况要求，从而实现SCR装置能够处于连续运行的状态。 锅炉结构调整的实施，要求必须对热力进行重新计算和研究，明确锅炉的低负荷，并将其作为基本标准，保证SCR装置在基本负荷标准的范围内的烟温处于正常水平，从而使得脱硝入口的烟气温度处于脱硝温度标准区间之内，既保证了脱硝的运行，有保证了锅炉的设计能力和热效率。
（2）供热锅炉SCR工艺技术的优化。不能将SCR脱硝技术简单移植到供热锅炉，否则该技术难以适应集中供热锅炉工况频繁变化的特点。工艺优化可以从催化剂成分配比、反应器内催化剂安装层数、反应器出入口烟气导流、反应器吹灰方式等方面进行。充分利用CFD模拟手段，结合现场测试结果，验证、修改数值计算结果，建立科学合理的SCR装置设计的理论和方法，在传统SCR工艺的基础上进行优化设计，使SCR工艺充分满足供热锅炉的运行工况，达到最大的脱硝效率。
论文作者:吴波
论文发表刊物:《科技中国》2016年7期
论文发表时间:2016/10/19
标签：烟气论文; 锅炉论文; 系统论文; 技术论文; 装置论文; 反应器论文; 催化剂论文; 《科技中国》2016年7期论文;