工業(yè)窯爐氮氧化物治理

關(guān)鍵詞：窯爐排放污染治理，工業(yè)窯爐氮氧化物治理，工業(yè)窯爐尾氣綜合治理

窯爐是用耐火材料砌成的用以煅燒物料或燒成制品的設(shè)備。一般大型窯爐燃料多為重油，輕柴油或煤氣、天然氣。工業(yè)窯爐煙氣脫硝技術(shù)方案，目前國內(nèi)外應(yīng)用的最為成熟和廣泛的煙氣脫硝技術(shù)主要有兩種：一是選擇性催化還原技術(shù)(簡稱SCR)；二是選擇性非催化還原技術(shù)(簡稱SNCR)。

綠聯(lián)凈化Leelool的SCR煙氣脫硝技術(shù)原理

選擇性催化還原（SCR）技術(shù)是目前應(yīng)用最多而且最有成效的煙氣脫硝技術(shù)。SCR技術(shù)是在金屬催化劑作用下，以NH3作為還原劑，將NOx還原成N和H2O。NH3不和煙氣中的殘余的O2反應(yīng)，而如果采用H2、CO、CH4等還原劑，它們在還原NOx的同時會與O2作用，因此稱這種方法為“選擇性”。主要反應(yīng)方程式為：

4NH3+4NO+O2─>4N2+6H2O (1)

8NH3+6NO2?─>7N2+12H2O (2)

當(dāng)煙氣中有氧氣時，反應(yīng)（1）式優(yōu)先進(jìn)行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對一的關(guān)系。

在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的NOX濃度的5%，NO2參與的反應(yīng)如下：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (3)

6NO2+8NH3→7N2+12H2O (4)

上面兩個反應(yīng)表明還原NO2比還原NO需要更多的氨。在絕大多數(shù)鍋爐的煙氣中，NO2僅占NOX總量的一小部分，因此NO2的影響并不顯著。目前，綠聯(lián)凈化生產(chǎn)并成功實踐運行的SCR脫硝系統(tǒng)已有數(shù)十臺套，技術(shù)成熟運行可靠，NOx脫除率高。我國某國營火電廠黑啟動項目配套的我司脫硝系統(tǒng)采用的就是SCR煙氣脫硝技術(shù)。SCR技術(shù)對鍋爐煙氣NOx控制效果十分顯著，占地面積小、技術(shù)成熟、易于操作，可作為我國燃煤電廠控制NOx污染的主要手段之一。

選擇性催化還原法（SCR）對柴油機(jī)尾氣中NOx進(jìn)行控制，利用NH3或尿素（通常采用質(zhì)量比為32.5%的尿素水溶液）作為還原性物質(zhì)，在O2濃度高出 NOx濃度兩個數(shù)量級以上的條件下，在一定的溫度和催化劑作用下，利用NH3將NOx還原為N2和H2O，由于NH3高選擇性地優(yōu)先還原NOx，而不先與O2反應(yīng)，故稱之為“選擇性催化還原”。對于多余的NH3在SCR載體末端涂覆一定比例的氨逃逸催化劑（ASC），確保NH3與O2反應(yīng)生成N2和H2O，避免NH3泄漏造成二次污染。

化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

4NH3+3O2→2N2+6H2O    

綠聯(lián)凈化Leelool氮氧化物治理系統(tǒng)（脫硝系統(tǒng)）工作原理圖

綠聯(lián)凈化Leelool技術(shù)團(tuán)隊通過與眾多全球知名發(fā)動機(jī)匹配實踐，高精度傳感器、獨家設(shè)計的電氣系統(tǒng)與全球頂級電氣元件匹配，實施精準(zhǔn)協(xié)作，確保SCR和ASC系統(tǒng)中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)。NOx治理效率95%以上。采用車用尿素泵噴射確保尿素溶液消耗量控制在較低水平。控制系統(tǒng)內(nèi)置云端通信系統(tǒng)，實時提供治理后污染物排放指標(biāo)；也可接入電站的DCS系統(tǒng)。

1、催化劑選型：根據(jù)發(fā)動機(jī)排溫和項目要求靈活進(jìn)行催化劑選型，發(fā)動機(jī)尾氣排溫與催化劑選型有極大關(guān)系。 不同排溫與催化劑選型情況不同。柴油機(jī)或者燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)滿載工作時渦輪后排氣溫度一般在350℃至500℃（個別國產(chǎn)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)排溫會600℃上下）范圍內(nèi)。260-420℃滿足中溫催化反應(yīng)所需的溫度條件，若渦后排溫高于450℃，有三種選擇：

（1）不需要余熱利用的情形，直接采用散熱器將溫度降至400℃左右進(jìn)入SCR系統(tǒng)；

（2）如果需要對尾氣進(jìn)行余熱利用，就要考慮分子篩高溫催化劑，抗硫性較弱，SCR催化劑造價也會大幅上升；

（3）仍然使用中溫催化劑，采用前后兩級鍋爐的方式，一級鍋爐換熱后排氣溫度在400℃左右進(jìn)入SCR反應(yīng)器，之后再進(jìn)入二級鍋爐進(jìn)行余熱利用。

2、精準(zhǔn)控制：通過與眾多全球知名發(fā)動機(jī)匹配實踐，高精度傳感器、獨家設(shè)計的電氣系統(tǒng)與全球頂級電氣元件匹配，實施精準(zhǔn)協(xié)作，確保SCR和ASC系統(tǒng)中NOx和NH3處理效率滿足全球最嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)。NOx治理效率96%以上。采用車用尿素泵噴射確保尿素溶液消耗量控制在較低水平。控制系統(tǒng)內(nèi)置云端通信系統(tǒng)，實時提供治理后污染物排放指標(biāo)；也可接入電站的DCS系統(tǒng)；

3、定制開發(fā)：Leelool數(shù)據(jù)庫收集有全球主流大馬力發(fā)動機(jī)原始排放數(shù)據(jù)，同時，為Jenbacher、MWM、CAT、mtu、Cummins、Perkins、MITSUBISHI、VOLVO、GOOGOL等知名發(fā)動機(jī)累計提供過數(shù)十臺1MW以上不同燃料、不同應(yīng)用場景發(fā)動機(jī)尾氣中的PM、CO和NOx等污染物治理成功經(jīng)驗。

以有機(jī)廢水產(chǎn)生的沼氣燃料為例。以下是綠聯(lián)凈化Leelool團(tuán)隊設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、服務(wù)的的一個7臺套1.17MW進(jìn)口知名品牌發(fā)動機(jī)研制生產(chǎn)的沼氣發(fā)電機(jī)組項目運行超過10000余小時的經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)而來。

目前以沼氣等為主要燃料的內(nèi)燃發(fā)電站基本由企業(yè)出資承建，運行時需要一定的經(jīng)濟(jì)收益確保項目投入產(chǎn)出符合預(yù)期。而在實際的SCR系統(tǒng)選型招標(biāo)采購時，由于這個產(chǎn)業(yè)剛剛興起，全球范圍內(nèi)優(yōu)質(zhì)的供應(yīng)商極少，注重品質(zhì)的采購單位往往以進(jìn)口燃?xì)獍l(fā)動機(jī)性能優(yōu)良為評價標(biāo)準(zhǔn)而順延選擇進(jìn)口的SCR系統(tǒng)供應(yīng)商。具體甄選時，需注意以下三個方面：

（1）國內(nèi)領(lǐng)先的SCR系統(tǒng)供應(yīng)商與國外相當(dāng)。根據(jù)近兩年的浸泡式深入研究后，需要特別提醒的是，在燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)脫硝領(lǐng)域國內(nèi)與國外除開高溫催化劑領(lǐng)域有差距之外，系統(tǒng)開發(fā)上幾乎處于同等水平，主要技術(shù)來自于汽車SCR技術(shù)與火電廠脫硝技術(shù)的融合并基于燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)動機(jī)特性進(jìn)行創(chuàng)新，已經(jīng)取得了突破性成績并做了很好的商業(yè)應(yīng)用。目前國內(nèi)領(lǐng)先的大功率內(nèi)燃機(jī)SCR系統(tǒng)供應(yīng)商如同互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)一樣國內(nèi)外難分伯仲；

（2）國內(nèi)外廠商在全程服務(wù)上有差異。SCR系統(tǒng)不同于燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組，并非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。每一個項目需要根據(jù)目標(biāo)發(fā)動機(jī)排溫、燃?xì)獬煞帧⒐ぷ鳝h(huán)境、治理目標(biāo)、以及實際工作場景等等進(jìn)行個性化定制方案，在這個總市場需求并不大的領(lǐng)域要求國外供應(yīng)商提供及時快捷的售前服務(wù)目前還沒有出現(xiàn)。極少數(shù)國外代理商只停留在賣產(chǎn)品的層面，不是不想提供服務(wù)，而是沒有合適的人力資源和足夠收益支撐。

（3）定制開發(fā)和運行成本上的差異。SCR系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性由目標(biāo)燃?xì)鈿怏w成分和尾氣溫度、催化劑性能和價格、反應(yīng)器封裝結(jié)構(gòu)和材料工藝、混合管設(shè)計制造合理性、控制噴射系統(tǒng)精確度、反應(yīng)流場是否合理科學(xué)、前期項目方案定制開發(fā)和后期長遠(yuǎn)應(yīng)急服務(wù)等等核心要素組成，國內(nèi)外同時具備這些要素于一身的供應(yīng)商少之又少。行業(yè)發(fā)展之初，劣幣驅(qū)除良幣。內(nèi)燃機(jī)SCR系統(tǒng)屬于新生事物，設(shè)計方、招標(biāo)方、投資方、監(jiān)理方、使用方等相關(guān)板塊都缺乏專業(yè)選型考核標(biāo)準(zhǔn)，一部分投資方存在應(yīng)付驗收的驗收后期擱置不用的僥幸心理，從而在實際采購過程中并不容易甄選到綜合能力均衡的供應(yīng)商。一個重要表現(xiàn)是，供應(yīng)商抓住采購方既要達(dá)標(biāo)又要低價的心理，低價中標(biāo)并盲目承諾系統(tǒng)處理指標(biāo)排放達(dá)標(biāo)，而在項目實施過程中排放不達(dá)標(biāo)無法驗收，造成整個項目不能獲得合法運行批文而損失巨大的心理脅迫采購單位加價的情形屢次出現(xiàn)。還有一種情況是，即使暫時排放達(dá)標(biāo)，但是由于催化劑的使用壽命短和整套系統(tǒng)設(shè)計欠合理，控制系統(tǒng)不夠精準(zhǔn)，催化劑更換費用和尿素消耗量巨大，造成經(jīng)濟(jì)性大大下降，同時氨排放也超標(biāo)，造成了新的污染。

根據(jù)綠聯(lián)凈化全程提供解決方案的這個累計運行超過1萬小時項目測算，尿素消耗不超過0.006元/kWh，經(jīng)濟(jì)性達(dá)到客戶設(shè)計預(yù)期。不足的地方在于由于本項目NOx治理系統(tǒng)中尿素噴射量不大，采用車用尿素噴射泵，使用壽命在1-1.2萬小時左右，加上尿素溶液品質(zhì)待加強(qiáng)，尿素泵選型有待進(jìn)一步驗證。