中小燃油（氣）鍋爐煙氣超低排放技術(shù)

大氣網(wǎng)訊:近幾年來國家對固定污染源的污染物排放治理力度持續(xù)加大，大部分省市均已修訂出臺(tái)了更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。中小燃油（氣）鍋爐作為固定污染源其中一大類，數(shù)量多、分布面廣，其污染物排放呈現(xiàn)“單體排放量小但總量不小”的特點(diǎn)，約占固定污染源排放總量的20%，因此，需加大治理力度，各地政府和環(huán)保部門都給予了高度的重視。北京市率先采取行動(dòng)，于2013年推出“2013-2017年清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃”，于2015年發(fā)布并實(shí)施北京市《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/139-2015），以獎(jiǎng)代補(bǔ)的管理辦法鼓勵(lì)燃?xì)猓ㄓ停╁仩t業(yè)主單位開展低氮改造工作，DB11/139-2015標(biāo)準(zhǔn)要求：（1）新建鍋爐NOx排放濃度≤30 mg/Nm3；（2）高污染燃料禁燃區(qū)內(nèi)的在用鍋爐NOx排放濃度≤80 mg/Nm3；（3）高污染燃料禁燃區(qū)外的在用鍋爐NOx排放濃度≤150 mg/Nm3。綜合來看，相比GB 13271-2014和北京市原2007年實(shí)施的DB 11/139-2007標(biāo)準(zhǔn)，NOx排放濃度削減幅度超過60%。

緊隨其后，上海、天津、河北和浙江等省市也陸續(xù)開展對燃油（氣）鍋爐的提標(biāo)改造，其中上海市要求所有登記在冊的中小燃油（氣）鍋爐需在新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前完成提標(biāo)改造并要求全工況下達(dá)標(biāo)排放；否則，一旦在新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后仍不能達(dá)標(biāo)排放的企業(yè)，環(huán)保部門將處以10~100萬元（按日計(jì)罰），可見處罰力度之大。

表1 我國部分省市燃油（氣）鍋爐的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)（mg/Nm3）

備注：（1）鍋爐容量<14t/h（14MW）；

（2）鍋爐容量>14t/h（14MW）；

（3）本市外環(huán)線外的其他鍋爐；

（4）本市外環(huán)線內(nèi)的其他鍋爐。

中小燃油（氣）鍋爐煙氣污染物主要包含氮氧化物、二氧化硫、顆粒物和黑度。對于管道天然氣、瓶組液化氣或來自正規(guī)渠道的燃油（如國五或國六柴油），正常燃燒工況下鍋爐煙氣中的二氧化硫、顆粒物和黑度均能達(dá)標(biāo)排放，但氮氧化物仍達(dá)不到超低排放要求。因此必須研究出一種新型適用于中小燃油（氣）鍋爐煙氣超低排放的工藝技術(shù)路線，對中小燃油（氣）鍋爐煙氣處理技術(shù)進(jìn)行升級改造，使其達(dá)到國家環(huán)保的超低排放要求。目前治理改造氮氧化物的技術(shù)路線主要有：鍋爐低氮燃燒技術(shù)、煙氣后處理等方式。

鍋爐低氮燃燒技術(shù)主要圍繞如何降低燃燒溫度、減少熱力型NOx生成開展的，同時(shí)考慮通過初期快速混合以減少快速型NOx生成。技術(shù)主要包括分級燃燒、煙氣再循環(huán)、表面燃燒、水冷預(yù)混等，燃燒器生產(chǎn)廠家依據(jù)上述原理生產(chǎn)制造出不同類型的低氮（超低氮）燃燒器。鑒于上述低氮燃燒技術(shù)本身的“天花板”問題即難以獲得超過50%的脫硝效率，因此，對于燃?xì)忮仩t，通過更換低氮燃燒器可將氮氧化物排放濃度控制在50 mg/Nm3以下，但并不是所有品牌的低氮燃燒器都能將氮氧化物排放濃度控制在50 mg/Nm3以下，并且在全工況下，低氮燃燒器很難持續(xù)穩(wěn)定控制氮氧化物排放濃度低于30 mg/Nm3。以北京為例，鍋爐低氮改造項(xiàng)目按政策規(guī)定在75%及以上負(fù)荷工況下能達(dá)標(biāo)即可通過驗(yàn)收，但環(huán)保部門通過對鍋爐在中、小負(fù)荷工況下不同品牌低氮燃燒器的使用情況進(jìn)行數(shù)輪抽檢，結(jié)果顯示氮氧化物排放情況并不理想。

對于燃油鍋爐，通過更換低氮燃燒器，理論上可使氮氧化物排放濃度降至50~80 mg/Nm3左右，實(shí)際上穩(wěn)定達(dá)到50 mg/Nm3還是有困難的，至于50 mg/Nm3以下則無法實(shí)現(xiàn)。另外，部分鍋爐也不適用低氮燃燒器或采用某些低氮技術(shù)，如中心回燃鍋爐因爐膛短不宜更換低氮燃燒器；大噸位（>4t/h或2.8MW）鍋爐不適用全預(yù)混燃燒器等。否則極易發(fā)生安全事故。

因此，燃?xì)忮仩t的低排放（<30 mg/Nm3）和燃油鍋爐的達(dá)標(biāo)排放（<50 mg/Nm3）通過哪種技術(shù)手段解決？更為理想的是，如既能做到達(dá)標(biāo)減排又可經(jīng)濟(jì)節(jié)能（余熱利用），那無疑將是最佳的技術(shù)路徑。

上海瀚昱公司通過對上海、浙江、江蘇等地的近三百臺(tái)燃油（氣）鍋爐的煙氣分析和檢測，發(fā)現(xiàn)燃油（氣）鍋爐的煙氣以及氮氧化物的排放有如下特點(diǎn)：

1、排煙溫度低，燃燒工況不穩(wěn)定，燃油（氣）鍋爐分為承壓鍋爐和熱水鍋爐。熱水鍋爐排煙溫度較低，都在140℃左右，最低達(dá)120℃。近幾年隨著節(jié)能器（冷凝器）的安裝使用，承壓鍋爐的排煙溫度也普遍降至170℃以下，煙氣余熱得到較好的回收利用，同時(shí)也滿足運(yùn)行工況性能考核指標(biāo)（排煙溫度）要求。

2、進(jìn)口鍋爐的燃燒工況比國產(chǎn)鍋爐好，能效高，但爐膛較短。

3、燃?xì)忮仩t煙氣中的氧含量通常比燃油鍋爐的低。

4、氮氧化物濃度波動(dòng)大，管道天然氣為燃料的燃?xì)忮仩t的NOx約100~150 mg/Nm3；使用國五或國六柴油的燃油鍋爐的NOx約在200 mg/Nm3，實(shí)際檢測中最高值達(dá)到480 mg/Nm3；瓶（裝）組液化氣為燃料的燃?xì)忮仩t介于前二者之間，約為120~180mg/Nm3。

針對燃油（氣）鍋爐的煙氣以及氮氧化物的排放特點(diǎn)，低氮燃燒器無法解決燃?xì)忮仩t的低排放（<30 mg/Nm3）和燃油鍋爐的達(dá)標(biāo)排放（<50 mg/Nm3）問題，只有低溫SCR脫硝技術(shù)才可以實(shí)現(xiàn)“超低排放”且長期穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用低，能源消耗低，達(dá)到節(jié)能減排要求。

SCR脫硝技術(shù)按溫度區(qū)間可分為中高溫（300~420℃）、中低溫（220~280℃）、低溫（120~260℃）等幾種。根據(jù)燃油（氣）鍋爐的排煙溫度，中高溫和中低溫SCR技術(shù)需將煙氣升溫至所需反應(yīng)溫度，將是耗能減排的方式，運(yùn)行成本高，非常不經(jīng)濟(jì)，因此不建議采用。而低溫SCR技術(shù)則吻合鍋爐的煙氣條件，利用鍋爐的余熱在催化劑的作用下還原煙氣中的氮氧化物，能真正做到節(jié)能型減排，是理想的鍋爐低氮改造技術(shù)路線。但要在煙氣溫度低至120℃的條件下，保證脫硝效果并穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，對低溫SCR脫硝技術(shù)的要求非常高，難度相當(dāng)大。國內(nèi)外鮮有對低溫SCR技術(shù)在120℃~150℃煙溫長期運(yùn)行的報(bào)道，也從另一方面說明該技術(shù)的研發(fā)難度之高。

SCR脫硝技術(shù)的核心是催化劑，催化劑性能的好壞直接關(guān)系到脫硝項(xiàng)目的成功與否。在120℃煙氣條件下，傳統(tǒng)的釩鈦系催化劑已基本喪失活性，已無法通過傳統(tǒng)催化劑的作用使煙氣中的氮氧化物還原成N2+H2O。要解決這一難題，必須要在催化劑的研發(fā)上有創(chuàng)新性的技術(shù)突破。

圖1 不同結(jié)構(gòu)型式的低溫脫硝催化劑

上海瀚昱環(huán)保材料有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過十多年的技術(shù)攻關(guān)，成功解決了120℃煙氣條件下催化劑的活性問題和抗中毒問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在劉教授的帶領(lǐng)下從低溫催化劑的微觀量子結(jié)構(gòu)出發(fā)，發(fā)明新型的活性體系，打破傳統(tǒng)觀念束縛，并建立全新的酸性位與活性位的結(jié)構(gòu)，獲得很高的低溫活性與優(yōu)異的抗硫中毒及抗堿（土）金屬能力，開創(chuàng)性地研發(fā)出“低溫脫硝催化劑”、“高-低溫脫硝催化劑”、“脫二噁英協(xié)同低溫脫硝催化劑”等重要科技成果，并獲得“2019年上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”。所研發(fā)生產(chǎn)的低溫SCR脫硝催化劑已用于120~260℃煙氣低溫脫硝工程項(xiàng)目一百多項(xiàng)，效率可達(dá)到90%~99%，并在燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐、鋼鐵焦?fàn)t、球團(tuán)、生物質(zhì)焚燒爐、垃圾焚燒爐、炭黑爐、玻璃窯爐等諸多低溫脫硝領(lǐng)域取得了很好的業(yè)績，脫硝效果得到用戶充分肯定與認(rèn)可。

自2018年上海市出臺(tái)《關(guān)于加快推進(jìn)本市中小鍋爐提標(biāo)改造的實(shí)施意見》以來，上海市能效中心和上海市節(jié)能減排中心等部門對改造服務(wù)、第三方檢測服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了嚴(yán)格篩選，上海瀚昱環(huán)保材料有限公司憑借雄厚的技術(shù)實(shí)力、豐富的業(yè)績，成功入圍。

上海瀚昱環(huán)保材料有限公司作為扎根于上海的國家級高新技術(shù)企業(yè)，理應(yīng)把先進(jìn)的技術(shù)服務(wù)于上海，所以自改造伊始就積極參與上海市的中小鍋爐提標(biāo)改造工作，截止2020年12月，上海市范圍內(nèi)已用上海瀚昱環(huán)保材料有限公司超低溫SCR脫硝技術(shù)的鍋爐已有一百多臺(tái)，使用效果特別好、非常穩(wěn)定，用戶非常滿意。所有項(xiàng)目均通過環(huán)保部門組織的抽檢和驗(yàn)收，合格率為100%，受到多個(gè)區(qū)環(huán)保部門的表揚(yáng)。解決了低氮燃燒器技術(shù)無法解決的鍋爐氮氧化物超低排放問題，如燃油鍋爐、大噸位的燃?xì)忮仩t以及一些進(jìn)口的鍋爐面臨的氮氧化物超低排放問題。至今，第一臺(tái)中小鍋爐（上海虹橋藥業(yè)有限公司）完成脫硝改造已有三年多時(shí)間，經(jīng)多次檢測NOx均小于30 mg/Nm3，運(yùn)行一直很穩(wěn)定。

上海瀚昱環(huán)保材料有限公司在中小型燃油、燃?xì)忮仩t低氮改造中采用的技術(shù)為“低溫SCR脫硝技術(shù)”。其工藝技術(shù)路線如下：在鍋爐尾部排煙囪段，將煙囪切斷，插入一段截面積放大的SCR脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)部裝填低溫型SCR催化劑。反應(yīng)器入口與鍋爐出口之間的煙囪處安裝氨水霧化噴嘴，將稀氨水（或氨氣）通過噴射泵和管路系統(tǒng)傳輸?shù)絿娮焯帲彼?jīng)霧化后噴入煙囪，在催化劑表面發(fā)生SCR反應(yīng)，使氮氧化物還原成氮?dú)夂退?。該工藝技術(shù)設(shè)備占地小，操作簡便，節(jié)能，安全性高，效果穩(wěn)定，具備極高的脫硝效率，可無限接近近“零”排放，值得全國推廣。因此，如日后國家或者地方提高氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)，只需升級現(xiàn)有脫硝系統(tǒng)，無需進(jìn)行重復(fù)改造，為企業(yè)節(jié)約成本。另外，反應(yīng)裝置利用即將排入大氣的煙氣余熱促進(jìn)SCR脫硝反應(yīng)完成，不需要再加熱煙氣就能達(dá)標(biāo)，真正做到了節(jié)能型減排。

在改造過程中，上海瀚昱公司充分考慮客戶的需求，同時(shí)結(jié)合鍋爐本體的燃燒工況，以及現(xiàn)場場地情況，技術(shù)方案量身定制，個(gè)性化設(shè)計(jì)。典型的技術(shù)和施工工藝有以下幾種：

一、燃油鍋爐的超低排放技術(shù)方案

上海市空間推進(jìn)所有四臺(tái)燃油鍋爐（兩臺(tái)8 t/h和兩臺(tái)4 t/h），因單位控制總量排放，要求改造后出口NOx<30 mg/Nm3，經(jīng)檢測初始氮氧化物濃度分別為196 mg/Nm3、220 mg/Nm3、171 mg/Nm3、206 mg/Nm3，要求脫硝效率>83%。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)、精細(xì)施工，取得了理想的運(yùn)行效果，出口均在NOx<30 mg/Nm3以下，得到業(yè)主的肯定，受到環(huán)保部門的表揚(yáng)并已通過兩輪環(huán)保部門的抽檢。

二、多臺(tái)鍋爐共用一個(gè)脫硝系統(tǒng)。有的企業(yè)有多臺(tái)鍋爐，在條件具備 的情況下，采用瀚昱SCR低溫脫硝技術(shù)完全可以將鍋爐煙氣合并后共用一個(gè)脫硝系統(tǒng)，在達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，也為企業(yè)節(jié)省了改造費(fèi)用。如上海健生教育活動(dòng)中心兩臺(tái)0.5 t/h鍋爐，將煙氣合并后共用一個(gè)脫硝系統(tǒng)，運(yùn)性后經(jīng)檢測，出口氮氧化物濃度穩(wěn)定在<30 mg/Nm3，效果非常令人滿意。

圖2 上海健生活動(dòng)中心鍋爐脫硝改造項(xiàng)目現(xiàn)場圖

三、還原劑為尿素的工藝路線。有的企業(yè)因自身的需要或者周圍環(huán)境的限制，不允許使用有刺激性氣味的低濃度氨水作為還原劑。上海瀚昱公司充分考慮到了這一點(diǎn)，以無色無味的尿素溶液作為還原劑代替氨水，在脫硝工藝系統(tǒng)中加裝熱解罐，使尿素溶液在熱解罐中發(fā)生熱解反應(yīng)后生成氨氣，再送入脫硝反應(yīng)器。該工藝實(shí)際進(jìn)入脫硝反應(yīng)器參與反應(yīng)的還是尿素分解后的氨氣，因此也具備以氨水為還原劑同樣理想的脫硝效果。

圖3 1.5t/h蒸汽鍋爐煙氣脫硝改造工藝流程圖

從以上對各種脫硝技術(shù)的對比分析，結(jié)合中小鍋爐煙氣特性以及實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以得出結(jié)論：低溫SCR脫硝技術(shù)是最適合于中小鍋爐煙氣特性的脫硝技術(shù)，特別是燃油鍋爐和大噸位（>4 t/h或2.8 MW）的鍋爐，而低溫催化劑是低溫SCR脫硝技術(shù)的核心。上海瀚昱公司研發(fā)的低溫催化劑在低溫下具有可靠的選擇性催化還原活性和超強(qiáng)的抗中毒能力，完全能滿足中小燃油（氣）鍋爐煙氣超低排放的需要。

目前，全國各地已將陸續(xù)開展中小型鍋爐超低排放改造工作，上海瀚昱公司將以專業(yè)可靠的精神、積極誠懇的態(tài)度為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，使瀚昱先進(jìn)的脫硝技術(shù)惠及萬千客戶！