刘娟1， 张元勇1，张乐祎1，高飞侠2
（1. 兖矿鲁南化工有限公司，山东 滕州277527；2. 山东杭氧气体有限公司，山东 滕州277527）
［摘 要］山东省某化工企业现有3台循环流化床锅炉，近几年来历经了两轮减排技改，锅炉排放烟气中的SO2、烟尘指标已达超低排放要求，影响烟气达标排放的主要污染物是NOX。为此，在对国内脱硝工艺和市场深入考察调研的基础上，综合考虑诸多因素，最终选取“低氮燃烧+SNCR”优化组合脱硝工艺于2019年9—10月先行对3#锅炉实施了超低排放改造。3#锅炉改造后的运行考核结果表明，烟气NOX排放指标达到《火电厂大气污染物排放标准》（DB 37/664—2019）超低排放要求。鉴于“低氮燃烧+SNCR”优化组合工艺投资低、施工周期短、不增加占地、系统运行安全可靠、节能减排效益显著的技术优势，目前该企业正在对1#、2#锅炉实施同样的改造。实践表明，“低氮燃烧+SNCR”优化组合脱硝工艺尤其适用于未预留脱硝装置场地的老锅炉改造，可作为中小型循环流化床锅炉脱硝超低排放技改的首选工艺路线。
［关键词］循环流化床锅炉；NOX治理；低氮燃烧+SNCR组合工艺；脱硝；超低排放改造；运行考核；效益评价
［中图分类号］TK229.6+6 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）05-0001-03
0 引 言
燃煤电厂锅炉污染物排放是造成大气污染的主要因素之一。近年来，国家投入巨资开展工业点源特别是燃煤电厂污染治理工作，在“十一五”、“十二五”期间，国家对锅炉烟气脱硫、脱硝、除尘提出实施超低排放的理念，要求所有火电锅炉必须逐步实施超低排放改造，限期达到超低排放标准要求。2016年11月24日，《国务院关于印发“十三五”生态环境保护规划的通知（国发〔2016〕65号）》提出“实施大气环境质量目标管理和限期达标规划……显著削减京津冀及周边地区颗粒物浓度”。2018年6月，《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》提出“加强工业企业大气污染综合治理。到2020年，具备改造条件的燃煤电厂全部完成超低排放改造，重点区域不具备改造条件的高污染燃煤电厂逐步关停”。一系列政策倒逼企业加快燃煤锅炉烟气治理，提高排放标准，最终达到超低排放目标。
1 背景介绍
1.1 循环流化床锅炉及其NOX排放状况
山东省某化工企业配套建设的锅炉系统，主要为化工生产系统提供动力，富余蒸汽用于发电。企业有3台循环流化床锅炉，其中，1#、2#锅炉为哈尔滨锅炉厂所产的HG-130/9.8-L-YM20型锅炉，2004年3月开始建设安装，2005年5月点火试运行；3#锅炉为无锡华光锅炉股份有限公司（无锡锅炉厂）所产的UG-260/9.8-M2型锅炉，2006年11月开始建设安装，2007年12月点火试运行。3台锅炉目前运行正常，其主要设备参数见表1。
实测3台锅炉烟气NOX原始排放浓度在240～340 mg/m3，由于锅炉建设时间较早，属老炉型，其烟气NOX原始排放浓度在循环流化床锅炉的正常排放指标范围内。
1.2 NOX治理及深度脱硝改造的必要性
（1）2013年至2014年初，该企业实施了锅炉选择性非催化还原法（SNCR）脱硝改造，改造后排放烟气NOX浓度≤150 mg/m3，达到了《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）和《山东省火电厂大气污染物排放标准》（DB 37/664—2013）要求的“2014年7月1日起，现有火力发电锅炉（循环流化床）NOX执行标准≤200 mg/m3”。
（2）2016年10月—2017年6月，企业与江苏新世纪江南环保股份有限公司合作实施了超声波脱硫除尘一体化超低排放设施升级改造，改造后烟气排放指标达到《山东省火电厂大气污染物排放标准》（DB 37/664—2013）第2号修改单要求（鲁质检标发〔2016〕46号）。
（3）2019年3月，山东省发布《火电厂大气污染物排放标准》（DB 37/664—2019），要求自2020 年1月1日起，所有锅炉（排放烟气）NOX浓度≤50 mg/m3，这就要求企业进一步采取措施，确保达标排放。
2 考察调研
经对比分析，前期改造后锅炉排放烟气中SO2、烟尘指标已达到超低排放标准要求，影响烟气达标排放的主要污染物是NOX。为此，企业于2019年组织对国内锅炉脱硝工艺和市场进行了深入地考察调研，重点考察了选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、低氮燃烧工艺、臭氧氧化法及其组合工艺的应用情况，其对比见表2。
经对比分析，上述脱硝工艺各有利弊，通过深入地研究与讨论，做了多种工艺比选方案，综合考虑循环流化床锅炉的特点、锅炉现场布置情况、改造工期、改造难度、技术可靠性、运行费用和投资等因素，并鉴于前期已实施SNCR脱硝改造，最终选取“低氮燃烧+SNCR”组合脱硝工艺对循环流化床锅炉系统实施超低排放改造。
“低氮燃烧+SNCR”组合工艺的主要优势在于，采用低氮燃烧减少50%以上的NOX产生量后再进行烟气脱硝，可降低脱硝设施入口浓度，从而能大幅减少投资及运行费用。由于涉及到对锅炉内部结构进行改造，具有较高的技术含量，本次先期选取NOX排放浓度高、改造难度大的3#锅炉（额定蒸发量260 t/h）进行探索，成功后再对1#、2#锅炉进行改造。
3 脱硝工艺原理
3.1 低氮燃烧
低氮燃烧是改进燃烧设备或控制燃烧条件、降低燃烧尾气中NOX浓度的技术。影响燃烧过程中NOX生成的主要因素有燃烧温度、烟气在高温区的停留时间、烟气中各种组分的浓度及混合程度，因此，改变空气燃料比、燃烧空气的温度、燃烧区冷却的程度和燃烧器的形状设计均可减少燃烧过程中NOX的生成。工业上多以减少过剩空气和采用分段燃烧、烟气循环和低温空气预热、特殊燃烧器等方法达到低氮燃烧的目的。
更多内容详见《中氮肥》2020年第5期