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(jiǎn)稱SCR)；二是選擇性非催化還原技術(shù)(簡(jiǎn)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?cè)谶€原NOx的同時(shí)會(huì)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(shí)，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(duì)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(gè)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(shí)踐運(yùn)行的SCR脫硝系統(tǒng)已有數(shù)十臺(tái)套，技術(shù)成熟運(yùn)行可靠，NOx脫除率高。我國某國營火電廠黑啟動(dòng)項(xiàng)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(duì)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(duì)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(gè)數(shù)量級(jí)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(duì)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(duì)通過與眾多全球知名發(fā)動(dòng)機(jī)匹配實(shí)踐，高精度傳感器、獨(dú)家設(shè)計(jì)的電氣系統(tǒng)與全球頂級(jí)電氣元件匹配，實(shí)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(shí)時(shí)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(dòng)機(jī)排溫和項(xiàng)目要求靈活進(jìn)行催化劑選型，發(fā)動(dòng)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(shí)渦輪后排氣溫度一般在350℃至500℃（個(gè)別國產(chǎn)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)排溫會(huì)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(duì)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(jià)也會(huì)大幅上升；

（3）仍然使用中溫催化劑，采用前后兩級(jí)鍋爐的方式，一級(jí)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(jí)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(dòng)機(jī)匹配實(shí)踐，高精度傳感器、獨(dú)家設(shè)計(jì)的電氣系統(tǒng)與全球頂級(jí)電氣元件匹配，實(shí)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(shí)時(shí)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(dòng)機(jī)原始排放數(shù)據(jù)，同時(shí)，為Jenbacher、MWM、CAT、mtu、Cummins、Perkins、MITSUBISHI、VOLVO、GOOGOL等知名發(fā)動(dòng)機(jī)累計(jì)提供過數(shù)十臺(tái)1MW以上不同燃料、不同應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的PM、CO和NOx等污染物治理成功經(jīng)驗(yàn)。

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(duì)設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、服務(wù)的的一個(gè)7臺(tái)套1.17MW進(jìn)口知名品牌發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)的沼氣發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目運(yùn)行超過10000余小時(shí)的經(jīng)驗(yàn)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(yùn)行時(shí)需要一定的經(jīng)濟(jì)收益確保項(xiàng)目投入產(chǎn)出符合預(yù)期。而在實(shí)際的SCR系統(tǒng)選型招標(biāo)采購時(shí)，由于這個(gè)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(dòng)機(jī)性能優(yōu)良為評(píng)價(jià)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(shí)，需注意以下三個(gè)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(dòng)機(jī)特性進(jìn)行創(chuàng)新，已經(jīng)取得了突破性成績(jī)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(gè)項(xiàng)目需要根據(jù)目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)排溫、燃?xì)獬煞?、工作環(huán)境、治理目標(biāo)、以及實(shí)際工作場(chǎng)景等等進(jìn)行個(gè)性化定制方案，在這個(gè)總市場(chǎng)需求并不大的領(lǐng)域要求國外供應(yīng)商提供及時(shí)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(yùn)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(jià)格、反應(yīng)器封裝結(jié)構(gòu)和材料工藝、混合管設(shè)計(jì)制造合理性、控制噴射系統(tǒng)精確度、反應(yīng)流場(chǎng)是否合理科學(xué)、前期項(xiàng)目方案定制開發(fā)和后期長(zhǎng)遠(yuǎn)應(yīng)急服務(wù)等等核心要素組成，國內(nèi)外同時(shí)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(jì)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(yàn)收的驗(yàn)收后期擱置不用的僥幸心理，從而在實(shí)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(gè)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(jià)的心理，低價(jià)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(xiàng)目實(shí)施過程中排放不達(dá)標(biāo)無法驗(yàn)收，造成整個(gè)項(xiàng)目不能獲得合法運(yùn)行批文而損失巨大的心理脅迫采購單位加價(jià)的情形屢次出現(xiàn)。還有一種情況是，即使暫時(shí)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(jì)欠合理，控制系統(tǒng)不夠精準(zhǔn)，催化劑更換費(fèi)用和尿素消耗量巨大，造成經(jīng)濟(jì)性大大下降，同時(shí)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(gè)累計(jì)運(yùn)行超過1萬小時(shí)項(xiàng)目測(cè)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(jì)預(yù)期。不足的地方在于由于本項(xiàng)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(shí)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(yàn)證。