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燃气锅炉废气脱氮方法研究
【摘要】在具体的燃烧过程中锅炉通常会将大量的氮氧化物排放出来，其会导致十分严重的污染问题。为了能够更好的保护人类的生存和发展环境，我国已经开始严格控制这种物质的排放，同时对氮氧化物的重点控制已经明确的纳入到“十二五”规划中。为此，在燃气锅炉的生产中必须要认真做好废气的脱氮处理工作，积极的改进废气处理的技术手段，不断地提升废气脱氮的效果。
【关键词】燃气锅炉；废气脱氮；技术

0.引言
近年来，我国很多城市的NOx污染变得越来越恶化，甚至出现了大面积的区域性 NOx 污染。与此同时，在酸雨污染中NOx也变得越来越严重，硫酸和硝酸复合型的酸雨已经变成了主要的酸雨类型，其主要原因就是我国在对SO2排放进行严格控制的同时，并没有对NOx的排放量进行有效控制。目前，京津冀地区多数燃煤、燃气锅炉NOx排放不达标，面临淘汰或改造。在这一背景下，针对燃气锅炉的废气进行脱氮处理具有十分重要的意义。

1.锅炉废气脱氮的常用方法
立足于低NOx燃烧技术，当前常用的脱氮方法有选择性催化还原法（又被称为SCR脱硝）和选择性非催化还原法(又被称为SNCR脱硝) ，主要用于燃煤锅炉废气处理。
1.1选择性催化还原法
1.1.1选择性催化还原法的基本原理
当前技术相对成熟、应用有比较广泛的烟气脱硫技术，使选择性催化还原烟气脱硝法。这种技术的基本原理是运用高温烟气脱硝装置来进行脱硝，脱硝剂一般为氨气。通过脱硝剂的作用，烟气中的NOx会被分解成为水和氮气，从而降低整个烟气中的NOx的含量。选择性催化还原法的温度范围是280℃至420℃，在该温度范围内该方法能够发挥较好的作用。假设NH3/NO为1，该方法的脱硝效率达到80%-90%[1]。
事实上，烟气中的NOx浓度并不高，但是烟气往往具有较大的体积，因此选择性催化还原脱硝装置必须配备高性能的催化剂，保障燃气锅炉运行的安全性和可靠性。
选择性催化还原法，具有两种不同的布置方式，为低飞灰和高飞灰，二者各有优缺点。脱硫装置安装于烟气脱硫装置或除尘器之后的是低飞灰方式。其优点在于一套脱硫装置可以供几台锅炉共同使用，而且可以有效地除掉飞灰中的有害物质，使催化剂的使用寿命得以延长，减小磨损量和飞灰的含量，同时可以减少栅格的横截面积，减少催化剂的用量，增加有效反应面。但是低飞灰方式具有较低的烟气温度出口的温度，一般不超过130℃，为了使其能够达到相应的温度范围，必须安装外加热源，因此仅适用于小型工业锅炉。如果锅炉的机组较大，产生的烟气量过多，要将这些烟气全部加热至280℃以上，会造成成本投入的大量增加[2]。
脱硫装置安装于电除尘器之前的是高飞灰方式，如果锅炉机组的运行正常，那么高飞灰方式能够对反应需要的温度进行满足。如果机组运行的负荷较低，也需要运用外热源。高飞灰方式需要较多的催化剂用量，这是由于其有效反应面积较小，而飞灰的含量有较大。由于飞灰的含量较高，因此其磨损量较大，一些有害物质还可能造成催化剂的中毒。相对而言，高飞灰方式是一种较为经济的方式，常用于燃煤电站。
1.1.2选择性催化还原法的工艺流程
选择性催化还原法的工艺流程见图1。卸料压缩机会将液氮槽车中的液氮，输入到液氮储槽之中，液氮会在液氮储槽中被蒸发，成为氨气，输送管道和氨缓冲槽会将氨气输送到燃气锅炉中，氨气会与空气接触并混合，通过分布导阀进入反应器的内部。在空气预热器前放置选择性催化还原反应器，该反应器的上方会被输入氨气，运用喷雾装置，使烟气和氨气均匀地混合在一起，在通过反应器内的触媒层来对烟气产生还原反应。具体见图1。

图1 选择性催化还原法的工艺流程
催化剂上会附着一种粘性的物质，也就是NH4HSO4阻止反应的进行。需要至少230℃的温度才能将NH4HSO4分解掉，一般情况下反应温度要达到300℃，除非燃料的含硫量较低，则可适当的降低反应温度。然而催化剂如果长期处于超过400℃的高温中，很可能会被烧结。因此在使用选择性催化还原法是应该合理的控制反应温度，以300℃至400℃之间为宜。
但是在满足了反应温度的要求之后，由于该装置位于除尘器之前，具有较高的飞灰浓度，催化剂之间的空隙很容易被飞灰所堵塞。因此还应该注意合理地布置催化剂，或者增设吹灰装置，使烟气流动的孔隙增大。
1.2选择性非催化还原法
1.2.1选择性非催化还原法的基本原理
在950-1100摄氏度的高温烟气中喷射还原剂，常用的还原剂是尿素或者氨，利用还原剂来还原高温烟气中的NOx，使其成为N2。选择性非催化还原法的脱NOx率约为40%-60%。为了提高使用效果，还可以加入增强剂。
选择性非催化还原法具有较好的脱NOx率，而且烟气中SO2的氧化率也不会有所提高，所以投资相对较少不会增加，烟气中SO3的浓度也不会有所增加。空气预热器不会由于NH3HSO4而受到腐蚀或堵塞。在锅炉内的分布性能方面，尿素相对于氨具有一定的优势，其不属于危险化学药品，只是一般化学药品，因此尿素作为还原剂的使用率较高。
1.2.2选择性非催化还原法的工艺流程
图2是选择性非催化还原法的工艺流程示意图，其中使用的还原剂是尿素。循环模块会将贮槽中的尿素送出来，由计量泵将其送至混合器，而增压水泵会像混合器中注水。尿素与水会进行充分的混合，形成尿素稀释溶液，分配模块将溶液输送至喷射器与烟气进行反应。炉膛内的温度较高，为了避免对喷嘴造成损坏，喷嘴的外部要加设不锈钢制成的冷却空气套管，并与雾化室相连。冷却空气套管中的空气喷射应该保持低压力或低流量，不要使喷嘴和腐蚀性的烟气直接接触[3]。

图2 选择性非催化还原法的工艺流程示意图

2.新型燃气锅炉脱氮系统
目前选择性催化还原法大多应用于火电站等电站系统燃煤锅炉。从经济性来说，选择性催化还原法在美国、欧洲等发达国家和地区的火电厂中应用得较为广泛，这是由于其能够达到90%以上的脱硝效率，经济效益较好。
选择性催化还原法在火力发电机组和燃煤锅炉上的应用，需要考虑除尘器（燃煤产生废气中含有大量高温烟尘颗粒物）的工艺环节，以及除尘单元在整个工艺流程中的布置位置（高飞灰或低飞灰布置），燃气锅炉含硫量和烟尘量都很少，不需要考虑除尘工艺；火电站等大型燃煤锅炉烟气温度较高，一般可达300~500℃，而普通未经节能改造的燃气锅炉，排烟温度在160~250℃，进行节能后，烟气温度更低，一般在120~150℃左右，并且相比较柴油机废气、燃煤发电机组废气而言，锅炉废气中氮氧化物浓度较低。
基于以上两点，传统的选择性催化还原法并不适用于燃气锅炉废气脱氮。本文对一种新型燃气锅炉脱氮系统进行简要的介绍。该系统工艺流程如下所示。

图3 新型燃气锅炉废气脱氮工艺流程示意图
本系统包括尾气排放装置、余热回收装置、SCR净化器、雾化系统、加热器、燃气锅炉，通过废气排放管道，将以上设备依次连接。一般燃气锅炉排放的废气温度都要达到160-250摄氏度，而该系统能够运用电加热装置，将气体加热至300-350摄氏度，然后将其输送至SCR净化器中，使用雾化系统，喷入雾化后的还原剂尿素水溶液，并使SCR净化器内部保持300-350摄氏度的温度，从而满足废气脱氮催化温度。处理后的废气通过余热回收装置对废气热量进行回收和利用，废气温度降至90-110摄氏度之后，通过尾气排放装置将其排除出去[4]。

3.结语
燃气锅炉废气相比较柴油机废气、燃煤发电机组废气而言其污染物种类和浓度均有较大差别，因此传统选择性催化还原法在燃气锅炉脱氮上的应用仍需继续进行深入研究和实践。
【参考文献】
[1] 王开和. 哈密基地锅炉烟气除尘脱硫技术研究[J]. 区域供热. 2016(05)
[2] 焉海波. 火电厂锅炉烟气脱硫脱氮技术分析[J]. 科技与创新. 2016(08)
[3] 魏中华,孙珮石,邹平,毕晓伊,姜阅,任洪强,王艳茹. 稀土元素对生物塔烟气同时脱硫脱氮的强化作用[J]. 环境工程学报. 2016(04)
[4] 徐铁华,王龙. 基于尿素法的火电厂锅炉烟气脱硫脱氮技术[J]. 通讯世界. 2016(05)