摘要：燃煤锅炉脱硝改造是锅炉产业落实“五大发展理念”，实施可持续化竞争发展的重要手段，在生态环境保护、产业经济效益提升等方面发挥至关重要的作用。在燃煤锅炉脱销改造过程中，科学应用联合脱销技术，可有效提升改造质量，降低燃煤锅炉氮氧化物排放量，达到有关标准与要求。对此，在燃煤锅炉改造过程中，需立足实践，促进联合脱销技术的应用与推广，以促进锅炉及有关产业的优化发展。该文将对低氮燃烧、SCR技术SCR（Selective Catalytic Reduction）在燃煤锅炉烟气脱硝中的联合应用进行研究，以供参考。
关键词：低氮燃烧 SCR技术 燃煤锅炉 烟气脱硝 联合应用
在我国国民经济快速发展推动下，工业生产与城市化建设也取得了较快的发展，而随之产生的环境污染与能源消耗问题也日益突出。有研究数据显示，当前我国工业生产中SO2的排放总量已接近2000万t，NOX排放总量更是早已超出2000万t，并且其排放量呈现不断增长变化趋势，按照当前国内的工业生产与污染排放发展趋势，以NOX排放量为例，将很快突破3500万t，所造成环境污染危害影响十分严重。针对这一情况，加强工业生产中锅炉燃烧的烟气污染排放治理，加大对SO2、NOX等污染气体排放量的控制，具有十分积极的作用和意义。
1 联合脱硝技术
联合脱销技术是针对氮氧化物生成与危害防治形成的一种工业工艺技术。由氮氧化物组成结构可知，氮氧化物（NOx）是由氮元素与氧元素组成而成的化合物，包括一氧化氮（NO）、一氧化二氮（N2O）二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）、五氧化二氮（N2O5）等NOX。通常情况下，除二氧化氮外，多数氮氧化物存在不稳定性，遇热、光等会发生反应转化为二氧化氮。而一氧化氮、二氧化氮是形成酸雨与酸雾的重要来源，对建筑物、人体健康存在重要危害。
而在日常生产生活中，氮氧化物主要来源于化石燃料燃烧、硫酸生产与使用。由氮氧化物生成机理可知，氮氧化物一般可分为热力型氮氧化物、燃料型氮氧化物与快速型氮氧化物三种类型。其中，热力型氮氧化物受温度影响较大，生成于1400℃高温下；燃料型氮氧化物主要来源于燃料燃烧，通常当化石燃料燃烧温度达到600℃～800℃时，即可生成燃料型氮氧化物，也是现阶段造成大气污染的关键因素；快速型氮氧化物含量相对较少，多在产生于氢氧化合物燃烧过程中。在传统燃烧与生产过程中，采用的脱销技术主要是在燃烧前、燃烧过程中以及燃烧后进行单一管控。其处理效果并不理想，且技术应用相对复杂，处理成本高。对此，采用低氮燃烧和SCR技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的联合应用，，改善单一脱销技术应用存在的不足，已经成为现阶段燃煤锅炉创新发展的客观需求与必然趋势，有利于实现超洁净排放标准的达成。
1 NOX生成原理及控制技术分析
1.1 NOX的生成过程及主要类型分析
NOX作为导致空气污染的重要物质成分，对公众健康存在着较大的危害影响。工业生产中锅炉燃烧烟气排放过程中NOX的生成，根据其燃烧运行的具体工况不同，主要包含燃料燃烧与热力作用、快速反应等不同情况下生成的NOX。
其中，燃料燃烧形成的NOX，是由于燃料本身存在的氮化合物在燃烧过程中转化形成的，一般情况下，燃料燃烧温度达到600℃～800℃时就会导致其中的氮化合物转化生成NOX，燃料氮是其生成的主要来源，并且NOX生成与分解变化会受到燃料特性以及结构等因素影响，同时也会受到燃烧温度等条件因素作用。
而热力作用下生成的NOX是通过高温作用对空气中的氮进行氧化后生成的，一般为1500℃以上高温条件，NOX的这一生成变化原理受到阿累尼乌斯定律影响，并且其生成变化与温度条件存在较大的关系，温度越高其生成速度会呈现指数规律发生较为迅速的增加变化。
此外，快速反应生成的NOX，是指在碳氢化合物燃料过浓燃烧情况下导致的反应区附近NOX快速反应生成，这种情况下在实际中较为少见，所产生的影响也十分小，基本可以忽略。
1.2 NOX控制技术
根据上述对NOX的生成过程分析可以看出，要想实现NOX生成控制可以从燃料前、燃烧过程中以及燃烧后3个不同环节，采取相应的技术措施对其生成进行控制，从而减少NOX生成与排放造成的污染危害。
首先，在燃烧前进行有效处理以减少NOX生成及污染危害中，其主要技术措施为脱氮处理，即在燃料燃烧前将其转换成低氮燃料，以减少其燃烧过程中NOX的生成，进而控制其污染排放和影响产生。值得注意的是，这种技术措施不仅较为复杂，且技术难度较高、成本大，导致在具体实践中的研究应用局限性突出。
其次，燃烧过程中的NOX生成脱氮处理技术，主要包含对燃烧过程中NOX的生成进行控制和对已生成的采用还原处理进行降低两种方法。其中，在进行燃烧过程中的氮氧化物生成控制中，根据其生成机制可以看出，需要通过对燃烧温度的控制和降低反应区氧浓度、降低燃料在高温环境中的停留时间等方法实现，并且燃烧过程中NOX生成的控制技术开发设计都是按照这一原理实施的。此外，对燃烧形成的NOX进行还原处理，以降低其烟气排放中含量，实际上也是燃烧后脱氮处理技术，即烟气脱硝处理工艺，比较常见的烟气脱硝处理技术方法包括选择性催化还原法以及选择性非催化还原法等，通过在燃烧排放烟气中加入含氮还原剂，使其在一定温度下与烟气中的氮氧化物进行相互还原反应，从而生成氮气和水，以减少其危害影响。其中，SCR技术作为一种选择性催化还原法在锅炉燃烧烟气脱硝工艺中就具有较为广泛的应用。
2 低氮燃烧、SCR技术在燃煤锅炉脱硝处理中的联合应用
2.1 燃煤锅炉简介
某厂所应用的锅炉为DG220/9.81-18型燃煤锅炉，燃煤锅炉投产于2011年。该燃煤锅炉采用全钢结构进行紧身封闭设计，整体布置形态为π形，共有十二个循环回路，锅炉额定蒸发量为220t/h，汽包工作压力为10.96MPa，锅炉过热蒸汽温度为540℃±5℃，过热蒸汽压力为9.8MPa。锅炉在实际运行过程中烟气量达到32000m3/h，在未改造之前，烟气中含有的氮氧化物浓度相对较高，同时当所燃烧煤粉的硫含量过高时，容易形成较多的三氧化硫，并与烟气水蒸气结合形成酸雾，使锅炉尾部受热面产生腐蚀现象。
2.2 燃煤锅炉脱硝改造中联合脱销技术的应用
针对现阶段燃煤锅炉存在的问题，应用低氮燃烧与SCR技术相结合的方式对锅炉进行了改造，以控制锅炉燃烧过程中与烟气排放过程中氮氧化物的浓度。其中低氮燃烧技术的应用主要是通过科学调解锅炉内的流畅、温度场以及物料分布情况，进行氮氧化物生产量的降低。通常情况下，在锅炉改造过程中，通过空气燃烧、煤粉二次燃烧以及空气分级燃烧，是现阶段应用较为广泛的低氮燃烧技术。而SCR技术是锅炉烟气脱销中应用较为广泛的技术之一，它能够在催化剂作用下，有选择性的与烟气中的氮氧化物发生反应，将其转化为无污染无毒性的氮气与水，从而达成锅炉脱销目标。
在本次锅炉改造中，基于低氮燃烧技术与SCR技术存在的优势，进行技术结合应用，实现燃煤锅炉联合脱销，以提升锅炉脱销质量与效率。在此过程中，主要进行了如下操作：
（1）有效控制锅炉燃烧区域氧气浓度，实现低氧燃烧。在此过程中，对锅炉送风量进行了调整，通过应用炉内燃烧控制技术、浓稀相燃烧技术、可调切圆燃烧技术等，实现锅炉燃烧器的改造，以实现氮氧化物的有效控制。例如，调整原一次风燃烧器切圆直径，实现燃烧器集中布置；利用浓稀相燃烧技术将锅炉上层一次风改为浓稀相氮氧化物燃烧器，将锅炉下层一次风转化改造为外燃式微油点火燃烧器，并配置周界风；在二次风大油枪现有点火方式的基础上，配置外燃烧式燃烧器，形成并联体系，以实现低氮燃烧。
（2）通过改造省煤器、空气预热器实现锅炉尾部烟道结构改造，为SCR技术应用奠定基础，并降低锅炉燃烧过程中的氮氧化物浓度。例如，在省煤器改造过程中，将原有结构改变为上、下级省煤器结构，并通过科学调整省煤器横向节距，更换进出口集箱，配置防磨罩等手段，降低烟气对省煤器的影响，实现排烟温度有效控制。在空气预热器改造过程中，为降低低温空气预热器堵塞对锅炉热传递与空气流通存在的影响，通过在预热器下管箱配置一定规格的搪瓷管进行问题处理，并控制SCR应用下液态硫酸氢氨的产生。
（3）低氮燃烧技术与SCR技术的结合应用会在一定程度上增加阻力，使原有引风机无法满足实际需求。对此，在锅炉改造过程中，需根据实际情况更换风机装置，使用大功率風机以保证锅炉脱销系统的稳定运行，并通过配置永磁调速装置，进行风机余量再利用，提升锅炉节能水平。
2.3 SCR系统过程控制
热力自动化的范围包括锅炉侧可控硅反应器区域的烟气系统装置和脱硝氨区系统的仪表控制系统（一般液氨系统包括液氨储罐、蒸发罐、缓冲罐等）。对于反硝化控制系统，主要的组成部分是：①分散的DCS反硝化控制系统或PLC可编程逻辑控制系统；②脱氮检测仪器及执行机构；③反硝化烟雾部件的在线连续监测系统。反硝化控制系统的自动化程度必须与所有燃煤电厂的控制系统的设计相协调，以满足安全能力、可靠性和“无人值守和定期监测”的要求。在正常情况下，脱氮系统的控制可以在操作单元完成的房间，和脱氮装置的启动/停止控制，正常运行的监控和调整以及异常的处理和故障诊断和事故条件可以通过DCS操作员站完成单位。控制室也可以单独安装。然而，根据反硝化系统的特点，通常使用与单位DCS设备相结合的控制装置。
2.4 效果分析
通过对燃煤锅炉系统的技术改造设计，结合其实际运行应用效果来看，在低氮燃烧与SCR技术联合运用下，其系统运行中的脱硝处理效率达到了70%以上，并且浓度控制在150mg/Nm3以下，符合该锅炉系统运行的烟气污染排放标准，具有较好的技术效果。
3 结语
燃煤锅炉废气中的氮氧化物由SCR净化系统处理，使社会的环境与经济得到一定发展。没有NOx排放控制、清洁生产、消除环境过时的相关技术和设施能够使社会经济迅速发展，建设“资源节约型和良好环境型”是任何公司的社会责任，只有通过不断技术的改进，达到一定的标准节能和减排才能产生明显的经济和社会好处。总之，对低氮燃烧、SCR技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的联合应用分析，有利于促进其在锅炉燃烧烟气脱硝工艺实践中推广应用，进而减少锅炉燃烧的烟气排放污染影响，具有十分积极的作用和意义。
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