燃煤气锅炉脱硝改造实践

摘要：攀钢集团攀枝花钢钒有限公司现有燃煤气锅炉6台，2019年完成2#、3#锅炉的脱硝、除尘改造，当前运行效果良好，本文章简明的对该套改造锅炉的工艺和技术进行介绍，希望为同行的锅炉脱硝改造工程提供借鉴。 关键词：锅炉；脱硝；超低排放；SCR技术 1.燃煤气锅炉改造的必然性

1.1原工艺设计标准无法满足国家超低排放要求

攀钢集团攀枝花钢钒有限公司能动分公司现有1～4#及9#、10#共计6台燃煤气锅炉，所用燃料为高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气。其中1#～3#锅炉产汽量为75t/h，型号为WG75/39-4（6），烟气NOx含量为350mg/Nm3；4#锅炉产汽量为90t/h，型号为CG-90/3.82-Q，烟气NOx含量为200mg/Nm3，这4台锅炉烟气共用1个烟囱排放。

为满足锅炉排污许可证及超低排放（NOx值不大于50mg/Nm3）要求，需要对当前能动分公司6台燃煤气锅炉进行脱硝改造设计。 2.国内氮氧化物处理技术现状

目前国内氮氧化物处理技术主要以低氮燃烧技术（LNB）、选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）、选择性催化还原脱硝技术（SCR）和液态催化剂脱硝技术（LCR）为主。根据氮氧化物控制指标要求，这些技术可单独使用，也可组合使用，各种技术在国内均有应用业绩。 2.1低NOx燃烧技术

电厂锅炉排放的NOx来源主要有两类：燃料中的氮在燃烧初期生成燃料型NOx，助燃空气中的氮气在超过1500℃条件下生成热力型NOx。燃料型NOx所占比例超过70～80%，这是通过组织还原性燃烧气氛来降低NOx生成的主要控制对象。

低NOx燃烧技术包括低NOx燃烧器、炉内空气分级、烟气再循环、以及再燃等。

2.2 选择性非催化还原反应（SNCR）

选择性非催化还原技术是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为

850～1100℃的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。

在炉膛850～1100℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR法。在850～1100℃范围内，NH3或尿素还原NOx的主要反应为：

NH3为还原剂时：4NH3+4NO+O2 →4N2 + 6H2O。

尿素为还原剂时：4NO＋2CO（NH2）2＋O2→4N2＋2CO2＋4H2O。

不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3的反应最佳温度区为850～1100℃。当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。NH3是高挥发性和有毒的物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。 2.3选择性催化还原反应（SCR）

在SCR工艺中，氨喷入烟气中进行反应。喷氨量与NOx入口浓度及NOx的脱

除效率有关。设计的工艺一定要令喷氨量满足脱除NOx的需要同时不会产生大量的氨气泄漏。

主要的化学反应方程式如下：

4NO + 4NH3 +O2 → 4N2 +6H2O （1） 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O （2）

烟气中的NOx主要由NO和NO2组成，其中NO约占NOx总量的95％，NO2约占NOx总量的5％。因此，化学反应方程式（1）被认为是脱硝反应的主要反应方程式。

因为催化剂中含有选择性成分，因此催化剂对NOx的还原反应具有很高的催化活性。

脱硝反应的产物是氮气和水。为了使脱硝反应得以进行，需要持续不断的氧气供应，而氧气可以来自电厂的烟气[1] 。

SCR技术需要的反应温度窗口为300℃～420℃。在反应温度较高时，催化剂会产生烧结及（或）结晶现象；在反应温度较低时，催化剂的活性会因为硫酸铵在催化剂表面凝结堵塞催化剂的微孔而降低。 2.4液态催化剂还原反应（LCR）

液态催化剂低温脱硝技术（LCR）为近3年诞生的新型低温脱硝技术，采用液态催化剂（其中含有NaClO2、H2O、TiO2等，分别有A剂、B剂，A剂针对NOx催化成N2和H2O，B剂是助催化剂，调整A剂对不同温度的适应性），利用物理、化学、催化方法处理废气。LCR中发生的主要反应如下所示： 2NO + LCR（H） → N2 + 2H2O 2NO2 + 2LCR（H） → N2 + 4H2O

液态催化剂脱硝LCR技术是针对锅炉（焦炉）的废气排放所含物质，使用脱硝塔（布置在烟气出口处）进行整体治理，脱硝塔是利用液态催化剂原理基本与SCR 相似（其中含有NaClO2 、H2O、TiO2等，分别会有A剂、B剂，A剂针对NOX催化反应成N2，H2O，B剂是助催化剂，调整A 剂对不同温度的适应性，在温度-15℃～200℃的范围内不影响反应进行）的催化反应法来达到处理废气的目的。同时，在一定SO2浓度情况下，具有一定的脱硫效果，脱硫效率约50%。 3.锅炉烟气脱硝技术路线选择

综合参考NOx控制技术和对锅炉燃烧的影响，考虑在不牺牲锅炉热效率的前提下，设定低氮燃烧改造的NOx控制目标为：2#锅炉NOx值为300mg/Nm3。若单独使用低氮燃烧技术（LNB）后，锅炉烟气NOx值无法满足超低排放限值（50mg/Nm3），因此，该技术需与其他技术组合使用。

3.1 低氮燃烧技术（LNB）+选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）

选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）的投资少，运行费用低，属于炉膛脱硝技术；但其反应温度范围狭窄（850～1150℃），对于煤种和负荷变化的适应性

差，且对喷氨量控制有一定限制，故SNCR的脱硝效率低，随锅炉负荷变化较大。 3.2低氮燃烧技术（LNB）+选择性催化还原脱硝技术（SCR）

选择性催化还原脱硝技术（SCR）的最佳反应温度为320～400℃，其催化剂为固态金属催化剂，还原剂为氨气。SCR反应器一般布置于锅炉省煤器和空预器之间。根据应用实例，结合锅炉低氮燃烧技术改造（1～3#锅炉烟气NOx值300mg/Nm3，4#锅炉烟气NOx值100mg/Nm3，9#、10#锅炉烟气NOx值

350mg/Nm3），该技术能保证将锅炉烟气NOx浓度降至50mg/Nm3及以下。 3.3低氮燃烧技术（LNB）+液态催化剂脱硝技术（LCR）

液态催化剂脱硝技术（LCR）与选择性催化还原脱硝技术（SCR）均属于炉后脱硝技术。LCR技术对烟气温度使用范围广，在-15℃～200℃之间皆可进行，其催化剂为液态催化剂，可循环利用。该技术工艺设备一般布置在锅炉烟气除尘、脱硫工序之后，也可实现脱硫脱硝一体化布置。低温液态脱硝技术属于新兴技术，可选择厂家少。同时，关键还原剂A、B剂配方保密，需在部分特定厂家购买。存在运行费用进一步增加的风险。产生的废水中含有亚硝酸盐、硝酸盐等，这些盐分具有很好的溶解度，难以处理。将给企业带来环保压力。综合从工艺成熟性、市场应用、改造难度、环境影响和运行经济性考虑，本工艺最终选择低氮燃烧技术（LNB）+选择性催化还原脱硝技术（SCR）[2]。 4.改造效果

目前已经完成能动分公司2#、3#号锅炉烟气脱硝改造，出口NOx浓度正常运行状态下能维持在20mg/Nm3-30mg/Nm3之间，能达到《钢铁企业超低排放改造工作方案（征求意见稿）》意见的函”中规定燃气锅炉NOx≤50mg/Nm3的标准，其他4台锅炉正在开展改造工作，预计2020年能完成1～4#及9#、10#共计6台燃煤气锅炉脱硝改造。2#、3#锅炉从改造完成后的运行效果至今未发现明显的催化剂堵塞情况，整体设备运行较为稳定。 参考文献

[1]刘向龙, 龚福华，娄小铁，郑文亨.锅炉脱硝的原理和技术. 湖南工程学院院报, 2006, (1)：80-84.

[2]文大缀. 2×600MW机组锅炉脱硝系统改造. 节能与环保, 2016, (6):112-114.