锅炉烟气排放污染物的来源及影响因素

锅炉烟气排放污染物的来源及影响因素

李贺

吉林省石油化工设计研究院  130021

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对锅炉的应用也越来越广泛。只有充分了解和掌握了各类污染物排放的控制指标和影响因素，才能采取更加直接有效的措施以保证各污染物的达标排放，并促进和改善生产条件。本文就锅炉烟气排放污染物的来源及影响因素进行研究，以供参考。

关键词：煤气；燃气锅炉；污染物排放

引言

作为能源转换和利用的重要设备，工业锅炉燃用过程也同时产生了大量的烟气，其中含有大量的有害物质，如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等，对环境和人类健康造成了严重的影响。工业锅炉烟气的深度净化及资源化技术成为了当前生态环境领域的热点问题，探讨工业锅炉烟气深度净化及资源化技术的现状、存在问题以及后续发展建议具有重要意义。

1自备电厂锅炉排放污染物的来源

锅炉是将燃料燃烧所放出的热量加热工质生产具有一定压力和温度的设备，按工质终态主要分为蒸汽锅炉、热水锅炉及汽水两用锅炉，也就是燃料在锅炉中通过燃烧将化学能转换为蒸汽或水的热能。锅炉主要由“锅”和“炉”两大部分组成。“锅”是指锅炉的汽水系统，由汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器和省煤器等设备组成，主要功能是使水吸热，最后变成一定参数的蒸汽或热水；“炉”指的是锅炉的燃烧系统，由炉膛、烟道、燃烧器及空气预热器等组成，是燃料介质化学能量转化的主体。由于冶金企业自备电厂锅炉所燃烧的燃料主要为冶炼过程产生的废气，如高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气及其按一定比例混合的混合煤气等，即为燃气锅炉。

2锅炉烟气排放污染物的来源

2.1优化喷氨格栅

为减少氨的逃逸量，经现场检查和分析，决定优化调节喷氨格栅开度，让一氧化氮、氨气在系统内均匀分布，提升匹配性，避免催化还原出口处氮氧化物浓度分布不均等问题。通过调节喷氨格栅开度，将催化还原出口两侧浓度分布值均匀性降低至不到20%，同时拉进了催化还原出口和烟囱入口的氮氧化物显示值偏差，二者偏差水平几乎相同，确保示值的可靠性。优化后减少了20%喷氨量、逃逸峰值降至3.10μL/L以内。

2.2选择性非催化还原脱硝技术

选择性非催化还原（SNCR）技术也是一种烟气净化技术，即不使用催化剂，利用NH3或者脲基化合物在较高的温度下（850-1050℃）作为还原剂将NOx转化为N2和H2O。SNCR和SCR最大的区别在于在脱氮过程中不需要添加催化剂，其工作原理是在高温下与含氨还原剂反应。SNCR的投资成本相对较低，脱硝装置简单、经济、易于操作，但SNCR的脱氮反应主要发生在800-1050℃的高温范围内，当温度高于1100℃时NH3特别容易被烟气中本身含有的O2氧化生成NO。因此，SNCR对还原剂的添加有严格的控制，否则不仅会增加烟气中的NOx含量，还会增加还原剂的用量和投资成本。

2.3锅炉燃烧强度的影响

故锅炉污染物的形成是在锅炉中的“炉”内完成的，煤气燃料在“炉”中与助燃空气中的氧气快速结合燃烧，发生化学变化，放出大量热量。在炉膛燃烧器喷嘴附近可形成1000多度的局部高温，在此高温环境下，各种S化合物（主要为H2S、COS）、Ｃ及Ｃ化合物（对于冶炼废气而言，主要为CO）与空气中的氧气发生氧化还原反应，生成SO2和CO2及少量SO2可进一步氧化为SO3。其特点为炉膛温度越高，氧气浓度越大，产生的当氧化物越多，即NOｘ排放浓度越高，排放量越高。以某冶金企业煤气热值分析数据为例，高炉煤气热值为750～800ＫＪ／Ｎｍ３、转炉煤气热值为1350～1500ＫＪ／Ｎｍ3、焦炉煤气热值为3200～3800ＫＪ／Ｎｍ３，即转炉煤气热值约为高炉煤气热值的2倍、焦炉煤气热值约为高炉煤气热值的5倍，故燃烧转炉煤气或焦炉煤气时产生的NOｘ远高于燃烧高炉煤气。为了降低NOｘ排放，可以在不降锅炉负荷情况下多掺烧热值相对较低的高炉煤气，或者采取分散燃烧、贫氧燃烧措施，降低局部燃烧强度。实践证明，燃气锅炉采用低氮燃烧器对于降低NOｘ排放是切实有效的。

3燃煤锅炉烟气超低排放的优化措施

3.1回转式空气预热器

由于锅炉烟气中存在SO2等气体，因此催化剂中的活性成分（钒）在催化降解NOx的同时，也会对SO2氧化起到一定的催化作用，将SO2氧化为三氧化硫（SO3），SO3则会与逃逸的氨生成硫酸氢铵。硫酸氢铵是一种黏性很强的物质，易沉淀在管式预热器内壁，促使烟气中大量飞灰黏附在预热器上，影响预热器换热效果，并增加阻力，影响锅炉正常运行。管式空气预热器很难通过有效的工艺手段来改善低温腐蚀，而且现有的管式空气预热器不能满足与SCR反应器出口烟道对接的空间要求。为了设置SCR反应器，必须将管式空气预热器改为回转式空气预热器，烟气出口温度控制在135～140℃。

3.2二氧化碳捕获和利用

目前，二氧化碳捕获和利用技术主要包括化学吸收、物理吸附、生物吸收等。其中，化学吸收可以将烟气中的二氧化碳通过化学反应转化为有用的化合物，但需要使用大量的吸收剂和能源。物理吸附可以将烟气中的二氧化碳吸附在吸附剂上，然后解吸再利用，但吸附效率较低，吸附剂需要定期更换。生物吸收可以利用生物质吸收二氧化碳，然后用于生产生物质能源，但吸收效率较低，需要大量的生物质资源。

3.3脱硝氨逃逸优化措施

（1）优化煤源。改造优化前该火电厂煤源为无烟煤和贫煤混合形式，贫煤掺入比较低，对此应在成本可控的条件下，适当提升贫煤掺入比重，同时降低一定的燃煤硫分，调节燃烧度，这样可有效减少脱硝催化还原入口的氮氧化物浓度。改造后经实测入口处的氮氧化物浓度控制在580mg/m3以内，硫酸氢铵生成量有了明显下降。（2）优化喷氨格栅。为减少氨的逃逸量，经现场检查和分析，决定优化调节喷氨格栅开度，让一氧化氮、氨气在系统内均匀分布，提升匹配性，避免催化还原出口处氮氧化物浓度分布不均等问题。通过调节喷氨格栅开度，将催化还原出口两侧浓度分布值均匀性降低至不到20%。（3）优化喷氨控制逻辑。通过优化喷氨控制逻辑可保障喷氨效益。在改造优化前，为单回路调节方式控制调节催化还原出口的氮氧化物浓度，实际应用中CEMS吹扫前后测试跳点问题严重，对此在单回路调节系统中增设CEMS吹扫信号，加强吹扫前后检测精度，稳定测试前后跳点波动值。调节前馈信号和反馈信号逻辑方案，前馈信号改为“脱硝入口烟气流量*入口氮氧化物浓度”，反馈信号为烟囱入口烟气中的氮氧化物浓度值，采集系统运行中的喷氨量，并与烟气超低排放标准对比、修正，采用PID调节催化还原出口喷氨调门，提升喷氨响应速率，避免出现过喷情况。

3.4烟气氧含量

燃料燃烧时，为了实现完全燃烧的目的，风煤配比中通常采用过量空气的方法。烟气氧含量即烟气中含有的多余的自由氧，通常以干基容积百分数来表示，即锅炉排放烟气实时测量的氧气含量值。按上述规范要求，空气中的氧气体积含量同样按21％计。如上例1：SO2实测浓度为1mg／ｍ3时，假定此刻烟气氧含量为3％。则计算对应例2：SO2实测浓度为0.5mg／ｍ3时的烟气氧含量为：（3％×１＋21％×1）÷2＝12％。

结语

综上所述，针对燃煤锅炉烟气超低排放优化的问题，为了提升烟气超低排放技术应用效益，采用省煤器提升系统运行经济效益，解决泄漏和过量磨损问题；优化脱硝系统控制氨逃逸量，降低硫化物生成，加强污染物排放控制。此外，还需要做好锅炉燃烧调节、煤源优化、喷氨等工作。这样才能够减少锅炉系统运行的问题，保障火电厂经营效益。

参考文献

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