对集中供热锅炉烟气脱硝技术的研究

对集中供热锅炉烟气脱硝技术的研究

刘德胜（大唐国际发电股份有限公司广东分公司，广东广州510623）气污染作为造成环境污染的重要因素之一，其形势刻不容缓，已逐渐成为全球环境问题研究的重要课题。氮氧化物气体是危害最大也是最难处理的大气污染物之一，重要来源于燃煤过程。目前，我国煤炭资源的使用仍在国民经济发展中占有重要地位，供电、供暖等行业对于燃煤的大量需求带来的氮氧化物的产生使得我国大气污染形势十分严峻，这就要求必须运用科学合理的烟气脱硝技术对燃煤所产生的气体进行脱硝处理，从而防止氮氧化物带来的大气污染，从根本上实现大气环境保护。本文主要针对集中锅炉的烟气脱硝技术进行了研究，阐述了集中锅炉的烟气脱硝技术的内涵，论述了集中锅炉的烟气脱硝中对锅炉的改造，分析了集中供热锅炉的烟气脱硝技术中SCR工艺技术的优化，并提出了尿素热解制氨技术，探讨了其控制策略的开发。

　　据最新大气环境调查报告显示，我国大气环境污染形势刻不容缓，已成为威胁人民群众正常生活的重要问题，迫切需要科学合理的措施对大气污染进行有效的控制和治理。氮氧化物是造成大气污染的重要因素，主要来源于自然产生和人为排放。而人为排放的氮氧化物大部分由于火力发电站等工业燃料燃烧和机动车尾气排放所致。其中，工业燃料燃烧是主要来源。因此，必须采取有效的烟气脱硝技术控制氮氧化物的排放，以缓解工业燃煤造成的大气污染形势。本文主要针对集中供热锅炉的烟气脱硝技术从以下几个方面进行了研究和探讨。

　　1集中供热锅炉烟气脱硝技术的内涵集中供热是我国目前城镇现代化基础设施的重要组成部分，在我国城镇公共事业发展中发挥着重要的作用。集中供热方式是通过蒸汽或热水作为热力传播的媒介和载体，通过热网将一个或多个热源的热能提供给城市、乡镇或其中某些区域的热能用户。而集体锅炉供热是通过建设集中锅炉房的方式进行热能供应，因其能够有效减少分散采暖的污染物排放量、提高采暖效率、降低采暖能源消耗的特点，集中供热锅炉已成为我国北方城镇居民集中供热采暖方式的核心发展趋势。

　　集中供热锅炉的烟气脱硝技术的开发和应用是为了适应我国大气污染减排力度加大的要求，而采取的将运用于大型燃煤电厂的选择性催化还原脱硝的成熟工艺技术应用于集中供热领域的方式。受自身特点的要求，在集中供热锅炉的烟气脱硝技术的实施过程中，要解决SCR脱硝技术难以适应集中供热锅炉负荷和炉温频繁变化、无法达到持续稳定运行效果等问题。集中供热锅炉的烟气脱硝技术的有效实施对于集中供热锅炉房氮氧化物的减排有着重要的作用，是我国中小型工业锅炉氮氧化物减排的可行性战略之。

　　2集中供热锅炉烟气脱硝中锅炉的改造集中供热锅炉的改造是实现集中供热锅炉的烟气脱硝技术有效实施的前提，只有改进锅炉的结构和受热面布置方式，才能保证SCR装置系统入口烟气温度能够满足具体的工况要求，从而实现SCR装置能够处于连续运行的状态。

　　锅炉结构调整的实施，要求必须对热力进行重新计算和研究，明确锅炉的低负荷，并将其作为基本标准，保证SCR装置在基本负荷标准的范围内的烟温处于正常水平，从而使得脱硝入口的烟气温度处于脱硝温度标准区间之内，既保证了脱硝的运行，有保证了锅炉的设计能力和热效率。

　　3'集中供热锅炉烟气脱硝技术中SCR工艺技术的优化为解决SCR脱硝技术的的简单移植到集中供热锅炉中存在的SCR脱硝技术难以适应集中供热锅炉负荷和炉温频繁变化、无法达到持续稳定运行效果等问题，就必须对SCR工艺装置进行优化，以保证SCR脱硝技术的顺利实施，从而实现集中供热锅炉烟气脱硝的目的。

　　SCR工艺技术的原理分析SCR工艺技术是目前应用最为广泛也是效果最为明显的烟气脱硝技术，主要采用选择性催化还原的方法来实现烟气脱硝。在具体实施中，烟气中的氮氧化物在催化剂的作用下，将氮氢化物作为还原剂，从而使得氮氧化物被还原成为不会造成大气污染的氮气和水。在反应中，还原剂有选择性的与烟气中残留的氧气发生了反应。因此，SCR脱硝工艺技术被称为选择性催化还原法。

　　在催化剂的选择上，也要注意催化剂的适当。适当的催化剂将直接决定烟气脱硝反应有效进行的温度范围，对于烟气脱硝的效果有着很大的影响。

　　SCR脱硝工艺系统的物料平衡SCR工艺系统的物料平衡是SCR工艺技术设计优化的可靠依据，要求模拟研究集中供热锅炉整个烟气脱硝过程，在建立物料平衡、能量平衡和化学反应平衡虚拟工程平台的基础上，根据基本设计条件的要求，计算出装置在不同负荷和工作状况下的系统物料平衡和消耗状况。

　　SCR装置优化与数值的模拟为保证集中供热锅炉烟气脱销的效率，要求烟气中的氮氧化物和还原剂必须混合良好并保持速度的均匀，这对于保证催化剂体积选择的经济和合适有着重要的意义。这就使得对各种负荷条件下的速度和氨分布的变化情况进行分析显得尤为重要。计算变负荷条件下流畅的数值能够促进烟道和导流叶片布置的优化，从而使得设定的目标能够在任何工作状况下都得以实现。

　　受SCR脱硝装置一般都置于集中锅炉之后，集中供热锅炉烟气的温度很高，以及SCR装置反应器自身特点的影响，脱硝过程对于速度、烟气中的氮氧化物和还原剂的混合、温度以及飞灰的负载分布要求都十分苛刻。因此，必须改变传统的设计方法，对SCR装置设计进行优化。因此，在继承SCR反应器及其连接烟道的设计及工程调试经验的基础上，要结合现场测试结果，验证、修改数值计算结果，建立科学合理的SCR装置设计的理论和方法。其中，需要计算的主要内容包括：（1运用有限体积法计算数值模拟SCR反应器及连接烟道，从而采取改进烟道形状、布置，增设导流叶片的措施。

　　（2计算数值，获取喷氨格栅上每一位置的开孔喷出的氨的流动轨迹及迁徙规律，并对其进行调整开孔位置及大小的优化设计。

　　（3在负荷标准不同的基础上，分析不同工作状况下的烟气速度分布及氨扩散规律。

　　（4分析飞灰在SCR装置中的运动规律，从而在理论上确定出可能发生积灰的位置，从而采取声波吹灰、振打装置和增设灰斗的工程改进措施。

　　4尿素热解制氨技术及其控制策略的开发快速跟踪负荷变化的还原剂制备及控制调节技术的开发是保证集中供热锅炉烟气脱硝得以顺利进行的重要措施。尿素热解制氨技术的应用，是其关键举措。尿素热解制氨系统工艺流程：用脱盐水将颗粒尿素溶解成40%~50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶解泵输送到尿素溶液储罐中存储；尿素溶液经尿素溶液循环泵、计量分配装置进入热解反应器内，与经稀释风机、电加热器输送过来的高温空气混合，尿素在温度高时不稳定，分解成NH3和HNCO.尿素热解系统的控制是尿素喷射的控制基于机组负荷信号以及来自NOx分析仪或者CEMS系统的反馈。在热解反应器中的短时停留使SCR反应剂的生产可以快速跟踪负荷的变化，系统可以快速启动和关闭。

　　根据尿素热解制氨工艺的原理和流程，制氨区系统包括固体颗粒尿素的存储和卸料系统、尿素溶解和存储系统、尿素溶液给料系统、尿素溶液热解系统、自动控制系统、排放处理系统。尿素热解系统包括高流量和输送装置、背压控制阀、计量和分配装置、热解反应器、稀释风机、稀释风电加热系统及控制系统等。整套系统均需要考虑到夏天防晒和冬天防冻的具体措施。

　　尿素热解系统使得快速跟踪负荷变化的还原剂制备及控制调节技术的开发得以实现，确保了脱硝效率稳定以及氨出口逃逸率满足标准要求。在具体的控制实施中，进出口NOx含量应根据进口2含量，折算为在6%2下的数据。比较尿素溶液流量需求信号送到PLC控制器并和真实尿素溶液流量的信号，所产生的误差信号经比例加积分动作处理送喷枪前的尿素溶液流量控制阀进行定位。通过此前馈过程保证控制系统能够快速跟踪锅炉的负荷变化或入口NOx浓度的变化。同时要计算出修正的反馈信号并输入在尿素溶液流量控制系统的程序上。

　　5结语BOT模式在我国高速公路建设应用中的问题与对策研究杨小岩赵明责（三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002运营环境问题，也曝露出很多的缺陷和不足。本文从参与主体的行为规制，从政策法制、政府管理和金融风险等角度，对问题表现进行分析，并对BOT模式在我国规范发展提出了对策和建议。

　　我国城市化和工业化的快速发展，使交通运输业成为我国区域产业流动的重要产业，与此密切相联的基础设施产业也快速发展，这在高速公路的发展上尤其明显。高速公路建设不断扩大的规模更加体现了政府单一投资的资金缺乏。实践证明，BOT筹资模式对于解决高速公路建设资金短缺问题起到了积极的作用，是高效利用民间资本和外资的有效方式。对政府而言，BOT模式减轻了政府的巨大投资和财政压力，加快了项目建设进度和速度。BOT模式对资金投资方也是一种良好的投资渠道。由于我国BOT高速公路建设项目在我国应用的时间不久，各种相关的配套法律法规还不完善，实际运作过程中也存在很多问题，加上BOT模式还存在参与者众多、牵涉合同类型广泛等特点，开展对BOT模式的应用分析，推动其在我国高速公路建设中的规范应用已显得非常关键1BOT°模式在我国高速公路建设中的问题BOT模式在我国高速公路建设中的因为参与主体的行为失范，问题的出现导致BOT模式应用效率降低。出现的问题主要表现在政策法制不健全、政府管理行为失范和金融风险应对缺失等方面。

　　与欧美发达国家相比，我国因为引入BOT模式的时间较短，大规模的高速公路建设起步时间也不长，因此BOT模式在高速公路建设中相关的法律法规并未正式出台，制度化运作欠缺下，只能是以地方政府的文件或政策为管理依据，存在很大的灵活性和随意性，因为国家法律体制的不规范或不健全，产生了影响BOT模式有效运营的一些问题。

　　首先，缺乏全国或者行业性统一适用的法律法规。因为国家相关部门没有制定在全国范围内高速公路建设中的BOT模式相关的法律规范，导致不同地方政府在政府文件或政策的制定和选择上存在很大的随意性，伴随着利益的博弈，就会导致这些文件存在冲突，使BOT模式的参与方难以统一行为，只能是根据不同的政策文件采取相应的行为选择，严重影响BOT模式的统一适用性，降低了该模式的效率。过分的地方化，也会导致出现寻租的可能，使些参与主体追求不当利益影响政府行为，产生腐败现象。

　　其次，现有BOT模式的相关政府规章或制度，缺乏程序性规定。尽管我国不少地方政府或不少行业主管部门，针对于高速公路建设出台了一些融资或特许经营管理的规章制度和政策性文件，但是大多只规定相关主体和相关行为规范，趋向于实体规定，缺乏程序性规定，导致大量的规章制度缺乏实际操作性。例如，很多项目在开始运作以后，更加注重风险的规避和利益的分配，对于如何分担风险，根据什么原则采取什么程序，以及利益分配的程序和具体的争议解决流程都未有明确的操作设计。

　　再次，对于BOT模式面临的风险缺乏法律上的保护机制。我国政府相关法律性文件和制度，往往在于吸引或引导BOT模式的发展和应用，过于重视其积极的一面，对于BOT模式所面临的风险缺乏有效的保护机制。高速公路BOT模式可能面临不同的风险，如政治风险，表现为政府信用、政策壁垒；金融风险，表现为汇率风险、利率风险，除此之外还包括环保风险、不可抗力风险、运营风险等。对于面临风险或出现风险以后，如何解决政府、投资商以及其他利益相关者之间的纠纷，我国现在的法律规范中没有针对性的规定。对于外商到我国参与风险以及我国投资者到国外参与风险也没有处理和解决的方法途径。

　　在BOT模，代表公共利益的政府承担着公共责任，必须对整个项目的建设和运营承担监督和管理责任，实现公共利益最大化是政府的唯一目标。理性的角色设置和现实的运转失灵，往往导致在具体操作中，政府的职能发挥出现缺位，在监管机制没有有效建立的情况下，政府对高速公路建设中的监管效率低下。

　　首先，存在政出多门、多头监管的情况。根据我国公路法以及收费公路管理条例等法律规范的相关规定，高速公路建设和运营的政府管理机构主要是中央政府的交通部和其相关部门以及各省、自治区、直辖市人民政府的交通主管部门，这主要集中在交通行业部门。运营必须涉及收费标准的确定，这方面主要涉及政府的物价部门和财政部门。因此，对于高速公路建设和运营的管理权限扩展到三个以上的部门，多方监管容易出现政府失败的现象。一方面，各个部门的政策难以有效协调，导致管理效率低下，另外一方面，因为部门利益的存在，会出现利益博弈，趋利政策出现管理扎堆，不利问题则相互推倭。

　　其次，政府管理部门扮演多重角色，职能定位不清。交通部门在管理中承担主要作用，根据BOT模式的运作流程，交通部门是BOT模式运作机制的设计者和政策的制定者，并承担监督和执行的功能。同时，交通部门因为其公共属性，最终将代表政府经营高速公路并代表政府履行最终所有权的相关功能。因此，部分政府部门的多重利益身份，容易导致政府腐败和国有资产的流失。

　　再次，政府机构臃肿和人员膨胀也是影响BOT模式高效运作的诱因。我国政府部门，尤其交通部门的人员总量过多，导致机构重复设置，部门成本过高。为了缓解过高的政府行政成本，不同的政府部门会根据自身利益进行行为选择，通过单位的博弈，导致高速公路建设被人为的建设分割，不同的企业参与不同的路段，各自经营。过高的收费影响了整体效益，也严重影响了公共利益。

　　集中供热锅炉是我国工业行业的重要组成部分，其应用对于满足我国城市、乡镇等热能用户的采暖有着重要的现实意义。集体供热锅炉的使用给人民生活带来了便利，但大气环境保护社会必然趋势也对集体供热锅炉的烟气脱硝技术提出来看更高的要求。受自身特点的影响，SCR脱硝工艺技术在集体供热锅炉烟气脱硝中的应用遇到了很多问题，这就使得集体供热锅炉烟气脱硝技术优化成为了集体供热锅炉烟气脱硝研究的重要内容。只有对锅炉结构进行科学改造，保证物料和热量平衡，实施合理的SCR脱硝装置优化设计，快速跟踪负荷变化的还原剂制备及控制调节技术的开发使得在入口条件快速变化，才能从根本上保证集体供热锅炉烟气脱硝技术的顺利实施，从而实现集体供热锅炉烟气污染的有效控制。