工業鍋爐煙氣脫硝的科技創新與工程示范

　　工業鍋爐的NOx排放量，是城市大氣污染源之一，而造成大氣污染主要是NO2和NO。北京市順義大龍城鄉建設開發總公司研制開發的“工業鍋爐煙氣尿素SCR脫硝技術裝備”，榮獲2013年度環境保護科學技術獎二等獎。

　　為控制NOx的排放，2009年3月順義城北供熱中心在國家產業政策的支持下，歷經5年攻關，完成科技部和北京市科委同時立項研究項目以及企業研究項目各一項，取得國家專利二項，軟件著作權二項。

　　2012年2月，項目通過了環境保護技術成果鑒定，總體達到國內領先水平。同年該項目設備技術列入《重大技術裝備自主創新指導目錄》、《工業鍋爐脫硝技術裝備》。目前，有3套鍋爐脫硝設備成功穩定運行，煙氣脫硝指標達到了北京市鍋爐污染物排放標準，脫硝效率達到75%以上，為我國工業鍋爐脫硝技術開創了一條新的道路。

　　工業鍋爐脫硝屬于創新高端環保技術研發，包含技術研究和產品轉化兩方面。當時，我國工業鍋爐煙氣脫硝技術尚無應用實例，多為引進國外成熟的煙氣脫硝技術的方式，常用的處理工藝主要包括選擇性催化還原法(SCR)，選擇性非催化還原法(SNCR)，氧化法脫硝技術等。發達國家工業鍋爐應用極少，工業鍋爐煙氣脫硝技術能夠直接從國外引進的經驗和技術較少。

　　根據國情，項目組在整合國內資源的基礎上，吸收消化國內外脫硝技術和經驗，自主創新研發適合我國國情的工業鍋爐煙氣脫硝技術與裝備。

　　第一步項目組與國家863計劃鍋爐煙氣脫硝技術研究的大學進行合作，加快研究成果的轉化，并取得了實際運行條件下的脫硝實驗數據和檢測結果。通過對科研機構技術成果的比選，該項目最終采用選擇性催化還原法做為該項目的煙氣脫硝技術，并選擇與東南大學技術合作。

　　第二步項目組對國內供熱工業鍋爐設備進一步研究，解決工業鍋爐運行期間溫度場不穩定的問題。國內外采用SCR脫硝技術裝備對工業鍋爐進行尾氣處理，一直沒有成熟的范例。SCR脫硝裝置是利用催化劑對煙氣進行催化還原反應，將煙氣中的有害氣體氮氧化物NOx還原成無毒的氮氣N2，催化還原反應發生的條件是催化劑要在合適的煙氣溫度環境，催化劑要求的環境溫度在330—400℃范圍內。我國面廣量大的工業鍋爐，受使用條件、大氣環境溫度等因素的影響，每天的不同時間段都要改變鍋爐的負荷，排煙溫度隨鍋爐負荷經常變化。SCR脫硝裝置的催化劑在過低溫度下會發生中毒而降低效用，甚至導致催化劑作廢，造成重大經濟損失；在過高溫度下，催化劑也會失去效用。

　　鍋爐專家經過重新計算和研究，通過增加鍋爐煙氣調節裝置來獲得較穩定的排煙溫度，滿足脫硝催化劑發揮催化作用的溫度區段。此項技術創新，既保證了SCR裝置處于能夠連續投運的狀態，又保證了鍋爐的設計能力和熱效率，同時排煙溫度確保鍋爐和脫硝設備不會發生低溫腐蝕。

　　第三步是對選擇性催化還原法脫硝工藝中的還原劑的選擇。SCR脫硝裝置是利用氨氣NH3在有催化劑的情況下對煙氣進行催化還原反應，將煙氣中的有害氣體氮氧化物還原成無毒的氮氣和水，還原劑氨氣NH3的制備有液氨氣化和尿素熱解兩種做法，該項目選用了尿素熱解制氨技術。

　　在完成核心關鍵技術難題的攻關后，2011年安裝了順義城北供熱中心3號鍋爐的煙氣脫硝設備，并于當年投入運行。此項工程設計是全新的挑戰。首先SCR裝置脫硝裝置對煙氣流速、NH3/NOx、溫度及飛灰的負載分布提出了嚴格的要求；其次傳統的設計方法只能給出一些定性的分析結果，而試驗研究亦因設備尺度的問題受到限制。

　　該項目采用智能數控系統，實現了全面監控，自動調節，智能化運行。設計過程中，成功開發了快速反應智能化數控系統，實現了尿素復合分解還原劑制備工藝對鍋爐實時負荷的快速跟蹤及快速調節。在入口參數快速變化，而出口反饋相對滯后的條件下，SCR裝置能夠及時調整尿素加入量和噴氨量，從而確保脫硝效率穩定、保證氨出口逃逸率充分滿足標準要求。

　　運行成本的控制，也是項目建設控制的重點工作。SCR裝置脫硝還原劑選用了尿素，安全性好，尿素成本也較低，可尿素熱解制備氨氣NH3能耗較大，運行費用較高。項目組通過技術創新，綜合利用了鍋爐的散熱，將電加熱作為輔助調節設備。技術改造后，每臺脫硝裝置運行能耗降低三分之一以上，大幅降低了脫硝設備運行成本，同時也減少了設備投資。

　　順義城北供熱中心煙氣脫硝實際運行數據顯示，脫硝效率≥80%；NOx排放濃度≤150mg/m3；設備阻力≤800Pa；氨逃逸率≤3ppm。設備煙氣脫硝指標優于現行相關國家標準和北京地方標準的相應限值，完全滿足國內最嚴格的現行標準DB11/139—2007鍋爐大氣污染物排放標準規定NOx排放限值。

　　目前，國外最嚴的NOx排放限值為50mg/m3，而該項目經機構檢測NOx排放濃度為41mg/m3，氨的逃逸率為2.2ppm，優于主要發達國家的同類技術指標(氨逃逸率<5ppm)，設備性能達到了世界先進水平。經全國推廣實施后，每年可減排nox208萬噸。據悉，全國工業鍋爐產生的排放nox總量約為300萬噸，1噸nox間接經濟損失2.5萬元。該裝備若減排60%，每年其環境效益可以達到每年521億元之巨。