低熱值劣質(zhì)煤流化床燃燒中SNCR-SCR關(guān)鍵問題及優(yōu)化策略探究一、引言1.1研究背景在全球能源結(jié)構(gòu)中，煤炭作為重要的一次能源，長期以來在電力、工業(yè)供熱等領(lǐng)域占據(jù)關(guān)鍵地位。然而，隨著煤炭資源的持續(xù)開發(fā)利用，優(yōu)質(zhì)煤資源逐漸減少，低熱值劣質(zhì)煤的高效清潔利用成為能源領(lǐng)域關(guān)注的焦點。低熱值劣質(zhì)煤通常是指煤質(zhì)地質(zhì)狀況差，具有含水率高、揮發(fā)份少、灰分多、碳含量低等特點的煤種，廣泛分布于我國南方地區(qū)。這類煤種由于燃燒特性不佳，燃燒溫度低、效率低，且污染物排放高，其大規(guī)模應(yīng)用受到了極大限制。流化床燃燒技術(shù)作為一種高效、清潔的燃燒技術(shù)，為低熱值劣質(zhì)煤的利用開辟了新途徑。該技術(shù)具有燃料適應(yīng)性廣的顯著優(yōu)勢，能夠有效燃用包括高灰份、高水份、低熱值、低揮發(fā)份等各種燃料，尤其適用于低熱值劣質(zhì)煤。與傳統(tǒng)的煤粉爐及層燃爐相比，流化床鍋爐在設(shè)計煤種的適應(yīng)范圍上更為廣泛，這使得低熱值劣質(zhì)煤能夠得到充分利用，提高了能源利用效率，同時也減少了煤炭資源的浪費，對緩解能源短缺問題具有重要意義。此外，流化床燃燒技術(shù)還具有熱效率高的特點，其熱效率可以達到90%左右，與燃燒相同煤質(zhì)的層燃爐相比可提高10%以上。在環(huán)保方面，該技術(shù)也表現(xiàn)出色。例如，在燃用高硫煤時，通過向爐膛添加石灰石，利用流化床燃燒溫度可控制在CaO與煙氣中SO?反應(yīng)生成CaSO?的最佳反應(yīng)溫度這一特性，能夠?qū)崿F(xiàn)廉價脫硫，且在較低的Ca/S摩爾比下就可滿足SO?環(huán)保排放要求，與其它脫硫方式相比，減少了設(shè)備投資和運行費用。同時，流化床鍋爐采用低溫和空氣分級燃燒的方式，其排放氣中氮氧化物一般在150-300mg/m3（標(biāo)態(tài)），較煤粉爐要低得多。由于這些優(yōu)點，流化床燃燒技術(shù)被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、工業(yè)供熱等領(lǐng)域，成為實現(xiàn)低熱值劣質(zhì)煤高效利用和環(huán)境保護的重要手段。盡管流化床燃燒技術(shù)在處理低熱值劣質(zhì)煤時具有諸多優(yōu)勢，但在燃燒過程中，NOx的排放問題依然較為突出。NOx主要來源于燃料氮和從空氣中吸收而來的氮氣。隨著環(huán)保要求的日益嚴格，對NOx排放的限制也越來越嚴格。例如，我國部分地區(qū)對燃煤鍋爐的NOx排放限值已低至50mg/m3以下。為了滿足這些嚴格的環(huán)保標(biāo)準，降低NOx排放成為流化床燃燒低熱值劣質(zhì)煤時亟待解決的關(guān)鍵問題。在眾多NOx減排技術(shù)中，傳統(tǒng)的選擇性非催化還原（SNCR）和選擇性催化還原（SCR）技術(shù)由于其成熟度高、脫硝效率相對較好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。SNCR技術(shù)是將還原劑（如氨水、尿素等）噴入爐膛溫度為800-950℃的區(qū)域，還原劑迅速熱分解成NH?，并與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，生成N?和H?O。該技術(shù)具有工藝流程簡單、投資成本低等優(yōu)點，在一些對脫硝效率要求不是特別高的場合得到了廣泛應(yīng)用。SCR技術(shù)則是在溫度300-420℃范圍內(nèi)噴入還原劑，在催化劑的作用下與煙氣中的NOx發(fā)生選擇性催化反應(yīng)生成氮氣和水。SCR技術(shù)的脫硝效率較高，可達90%以上，但由于采用了催化劑，設(shè)備投資和運行費用相對較高。在實際應(yīng)用中，為了充分發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢，常常將SNCR和SCR技術(shù)聯(lián)合使用，形成SNCR-SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)。然而，由于低熱值劣質(zhì)煤的來源廣泛，開采場所不同，煤樣組成存在較大差異，這導(dǎo)致其燃燒過程也不盡相同。煤種的多樣性使得煤與氨的反應(yīng)機理及適應(yīng)性問題變得復(fù)雜，目前仍未得到很好的解決。不同的低熱值劣質(zhì)煤在燃燒過程中，其燃料氮的釋放規(guī)律、反應(yīng)活性等都有所不同，這直接影響了SNCR-SCR技術(shù)的脫硝效果。此外，燃燒條件如燃燒溫度、空氣過量系數(shù)等也會對SNCR-SCR技術(shù)的性能產(chǎn)生顯著影響。因此，深入研究SNCR-SCR技術(shù)在低熱值劣質(zhì)煤流化床燃燒時的關(guān)鍵問題，對于提高脫硝效率、降低運行成本、實現(xiàn)低熱值劣質(zhì)煤的高效清潔利用具有重要的理論和實際意義。1.2研究目的與意義本研究旨在深入剖析流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤時SNCR-SCR技術(shù)所面臨的關(guān)鍵問題，包括但不限于不同煤種與氨的反應(yīng)機理、燃燒條件對技術(shù)性能的影響等。通過系統(tǒng)的實驗研究和理論分析，揭示這些關(guān)鍵問題的本質(zhì)，為優(yōu)化SNCR-SCR技術(shù)在低熱值劣質(zhì)煤流化床燃燒中的應(yīng)用提供堅實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。具體而言，本研究將明確不同低熱值劣質(zhì)煤在燃燒過程中與氨發(fā)生反應(yīng)的具體路徑和影響因素，從而針對性地調(diào)整工藝參數(shù)，提高脫硝效率。此外，還將探究燃燒溫度、空氣過量系數(shù)等燃燒條件對SNCR-SCR技術(shù)脫硝效果的影響規(guī)律，為實際工程中合理選擇和控制燃燒條件提供科學(xué)依據(jù)。從理論層面來看，本研究有助于深化對低熱值劣質(zhì)煤燃燒特性以及SNCR-SCR反應(yīng)機理的認識，填補當(dāng)前在這一領(lǐng)域的研究空白。不同煤種的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)差異顯著，其燃燒過程中的反應(yīng)動力學(xué)和熱力學(xué)特性也各不相同。深入研究這些特性與SNCR-SCR技術(shù)的相互作用關(guān)系，能夠豐富和完善燃燒理論以及脫硝技術(shù)的理論體系，為后續(xù)的研究提供更全面、深入的理論指導(dǎo)。在實際應(yīng)用方面，本研究成果對于實現(xiàn)低熱值劣質(zhì)煤的高效清潔利用具有重要意義。隨著環(huán)保要求的日益嚴格，低熱值劣質(zhì)煤的利用面臨著更大的挑戰(zhàn)。通過優(yōu)化SNCR-SCR技術(shù)，提高其脫硝效率，可以降低低熱值劣質(zhì)煤燃燒過程中的NOx排放，滿足環(huán)保標(biāo)準，減少對環(huán)境的污染。同時，這也有助于提高低熱值劣質(zhì)煤的燃燒效率，降低能源消耗，提高能源利用效率，從而促進低熱值劣質(zhì)煤在發(fā)電、工業(yè)供熱等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，緩解能源短缺問題。此外，本研究成果還可為相關(guān)企業(yè)提供技術(shù)支持，幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，增強市場競爭力。在能源緊張和環(huán)境壓力日益增大的背景下，本研究對于推動能源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實意義。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤的脫硝研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已開展了大量工作，在技術(shù)應(yīng)用、反應(yīng)機理、影響因素等多方面取得了一定成果，但仍存在一些有待深入探索和完善的地方。在技術(shù)應(yīng)用方面，國外對SNCR-SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)的應(yīng)用研究起步較早。早在20世紀70年代，日本率先在燃氣、燃油電廠應(yīng)用SNCR技術(shù)，隨后該技術(shù)逐漸推廣到燃煤電廠。美國、德國等國家也積極開展相關(guān)研究與實踐，將SNCR-SCR聯(lián)合技術(shù)應(yīng)用于各類鍋爐，包括部分燃用低熱值燃料的鍋爐，在工程實踐中積累了豐富的經(jīng)驗，如對系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計、運行參數(shù)的調(diào)控等方面，形成了較為成熟的技術(shù)體系。國內(nèi)對該技術(shù)的應(yīng)用研究始于20世紀90年代后期，隨著環(huán)保要求的日益嚴格，近年來在燃煤電廠、工業(yè)鍋爐等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。例如，江蘇闞山電廠2×600MW和江蘇利港電廠2×600MW及2×600MW超臨界機組，在應(yīng)用低NO燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用SNCR與SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)，一期實施SNCR部分，二期根據(jù)環(huán)保標(biāo)準要求實施SCR部分。然而，國內(nèi)在針對低熱值劣質(zhì)煤的特性，進一步優(yōu)化聯(lián)合脫硝技術(shù)的應(yīng)用方面，仍有較大的提升空間。在反應(yīng)機理研究上，國外學(xué)者通過實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對SNCR和SCR的反應(yīng)機理進行了深入研究。研究表明，SNCR過程中，還原劑（如氨水、尿素等）在800-950℃的溫度區(qū)域熱分解成NH?，NH?與NOx發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成N?和H?O。在SCR反應(yīng)中，在300-420℃及催化劑的作用下，NH?與NOx發(fā)生選擇性催化反應(yīng)。國內(nèi)學(xué)者也對反應(yīng)機理展開了大量研究，通過量子化學(xué)計算、實驗研究等手段，進一步揭示了反應(yīng)過程中的關(guān)鍵步驟和影響因素。但由于低熱值劣質(zhì)煤成分復(fù)雜，不同地區(qū)的煤種差異較大，其燃燒過程中與氨的具體反應(yīng)機理仍存在一些不確定性，有待進一步深入研究。關(guān)于影響因素，國內(nèi)外學(xué)者普遍認為燃燒溫度、空氣過量系數(shù)、氨氮摩爾比等是影響SNCR-SCR脫硝效率的重要因素。研究表明，當(dāng)燃燒溫度偏離SNCR的最佳反應(yīng)溫度窗口（800-950℃）時，脫硝效率會顯著下降。空氣過量系數(shù)影響著燃燒過程中的氧氣含量，進而影響NOx的生成和脫硝反應(yīng)的進行。氨氮摩爾比則直接關(guān)系到還原劑的用量和脫硝效果，過高的氨氮摩爾比可能導(dǎo)致氨逃逸增加，造成二次污染。然而，對于低熱值劣質(zhì)煤，其高水分、高灰分等特性對這些影響因素的作用規(guī)律可能產(chǎn)生獨特的影響，目前相關(guān)研究還不夠系統(tǒng)和深入。此外，在催化劑研究方面，國外已經(jīng)開發(fā)出多種適用于SCR反應(yīng)的催化劑，如以V?O?-TiO?為活性成分的催化劑，具有較高的脫硝效率和穩(wěn)定性。國內(nèi)也在積極開展催化劑的研發(fā)工作，致力于提高催化劑的活性、抗中毒能力和使用壽命。但針對低熱值劣質(zhì)煤燃燒產(chǎn)生的復(fù)雜煙氣成分，開發(fā)更具針對性和適應(yīng)性的催化劑仍面臨挑戰(zhàn)。二、流化床燃燒技術(shù)與SNCR-SCR技術(shù)原理2.1流化床燃燒技術(shù)2.1.1流化床燃燒基本原理流化床燃燒技術(shù)是一種基于氣固兩相流態(tài)化原理的燃燒方式。在流化床燃燒系統(tǒng)中，燃料與大量的固體顆粒（如石英砂、石灰石等）混合，通過底部布風(fēng)裝置送入的高速氣流，使固體顆粒在爐膛內(nèi)呈流化狀態(tài)，即顆粒在氣流的作用下懸浮并劇烈運動，如同沸騰的液體一般。在這種流化狀態(tài)下，燃料與空氣充分接觸，發(fā)生強烈的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，從而實現(xiàn)高效燃燒。其燃燒過程可分為以下幾個關(guān)鍵階段：首先是燃料的加入，燃料經(jīng)給料裝置進入流化床爐膛。由于床內(nèi)存在大量高溫的固體顆粒，新加入的燃料迅速被加熱。對于低熱值劣質(zhì)煤而言，其揮發(fā)份較少，著火相對困難，但在流化床的高溫環(huán)境以及固體顆粒的強烈擾動下，揮發(fā)份能夠較快地析出并著火燃燒。隨著揮發(fā)份的燃燒，固定碳開始參與反應(yīng)。在流化狀態(tài)下，固定碳與空氣的接觸面積大幅增加，反應(yīng)速率加快。同時，由于固體顆粒的循環(huán)流動，未燃盡的固定碳能夠多次參與燃燒，進一步提高了燃燒效率。在氣固兩相流態(tài)化過程中，存在著復(fù)雜的流動現(xiàn)象。床內(nèi)形成了不同的區(qū)域，如密相區(qū)和稀相區(qū)。密相區(qū)位于爐膛底部，固體顆粒濃度較高，氣固混合劇烈；稀相區(qū)則位于爐膛上部，固體顆粒濃度相對較低。在這兩個區(qū)域內(nèi)，氣固之間的傳熱、傳質(zhì)過程不斷進行，對燃燒效率和污染物生成有著重要影響。此外，顆粒的粒徑分布、流化風(fēng)速等因素也會顯著影響流化床的流態(tài)化質(zhì)量和燃燒性能。例如，合適的流化風(fēng)速能夠保證顆粒處于良好的流化狀態(tài)，使燃料與空氣充分混合，促進燃燒反應(yīng)的進行；而過大或過小的流化風(fēng)速則可能導(dǎo)致流化狀態(tài)不穩(wěn)定，影響燃燒效率。這種燃燒方式對低熱值劣質(zhì)煤具有良好的適應(yīng)性。低熱值劣質(zhì)煤通常具有高水分、高灰分、低揮發(fā)份和低發(fā)熱量的特點，傳統(tǒng)的燃燒方式難以使其充分燃燒。在流化床中，大量高溫固體顆粒的存在為低熱值劣質(zhì)煤提供了穩(wěn)定的熱源，有助于水分的蒸發(fā)和揮發(fā)份的析出。同時，氣固之間的強烈混合和循環(huán)流動，使得燃料在爐內(nèi)的停留時間延長，增加了固定碳與氧氣的接觸機會，從而提高了燃燒效率。即使是灰分含量較高的低熱值劣質(zhì)煤，在流化床中也能實現(xiàn)較為穩(wěn)定和高效的燃燒。2.1.2流化床燃燒低熱值劣質(zhì)煤的特點流化床燃燒低熱值劣質(zhì)煤具有多方面的特點，在燃燒效率、溫度控制以及污染物生成等方面展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，同時也存在一些需要關(guān)注的問題。燃燒效率：由于流化床內(nèi)氣固混合充分，燃料在爐內(nèi)的停留時間長，使得低熱值劣質(zhì)煤能夠得到較為充分的燃燒。相關(guān)研究表明，流化床燃燒低熱值劣質(zhì)煤的燃燒效率通?？蛇_到90%以上。例如，在某實際運行的流化床鍋爐中，燃用熱值為12MJ/kg的低熱值劣質(zhì)煤時，通過優(yōu)化運行參數(shù)，燃燒效率穩(wěn)定在92%左右。這主要得益于流化床的特殊燃燒方式，固體顆粒的循環(huán)流動使得未燃盡的燃料能夠多次參與燃燒，提高了燃料的利用率。此外，流化床內(nèi)的傳熱傳質(zhì)效率高，能夠快速將熱量傳遞給燃料，促進燃燒反應(yīng)的進行。燃燒溫度：流化床燃燒采用低溫燃燒方式，床層溫度一般控制在850-950℃。這一溫度范圍有利于抑制熱力型NOx的生成。與傳統(tǒng)的煤粉爐相比，煤粉爐的燃燒溫度通常在1300-1500℃，會產(chǎn)生大量的熱力型NOx。而流化床的低溫燃燒特性，使得熱力型NOx的生成量大幅降低。同時，對于低熱值劣質(zhì)煤來說，其著火溫度相對較低，流化床的低溫燃燒環(huán)境也有利于其穩(wěn)定著火和燃燒。在這一溫度范圍內(nèi)，石灰石等脫硫劑的脫硫效果也較好，能夠?qū)崿F(xiàn)爐內(nèi)脫硫，減少SO?的排放。污染物生成：在污染物生成方面，除了NOx和SO?，流化床燃燒低熱值劣質(zhì)煤時，由于其燃燒溫度相對較低，燃燒過程中產(chǎn)生的粉塵顆粒相對較細。這些細顆粒粉塵如果直接排放，會對大氣環(huán)境造成嚴重污染。因此，需要配備高效的除塵設(shè)備來降低粉塵排放。同時，低熱值劣質(zhì)煤中可能含有一定量的重金屬元素，如汞、鎘等，在燃燒過程中這些重金屬元素會揮發(fā)進入煙氣中，對環(huán)境和人體健康構(gòu)成潛在威脅。如何有效控制這些重金屬元素的排放，也是流化床燃燒低熱值劣質(zhì)煤時需要解決的問題之一。存在的問題：盡管流化床燃燒低熱值劣質(zhì)煤具有諸多優(yōu)點，但也存在一些問題。例如，流化床內(nèi)的受熱面磨損較為嚴重。由于床內(nèi)固體顆粒的高速運動和強烈沖刷，受熱面容易受到磨損，影響設(shè)備的使用壽命和安全性。此外，入爐煤的粒度及篩分范圍要求較嚴格，流化床鍋爐一般要求煤的粒度0-8mm，循環(huán)流化床鍋爐可放寬至0-13mm，這就需要配備專門的煤破碎及篩分設(shè)備，增加了設(shè)備投資和運行成本。同時，流化床鍋爐的原始排塵濃度高，對除塵設(shè)備的要求較高，需要采用高效的除塵技術(shù)來滿足環(huán)保要求。2.2SNCR-SCR技術(shù)原理2.2.1SNCR技術(shù)原理選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)是一種在無催化劑參與的情況下，通過向爐膛內(nèi)高溫區(qū)域噴入還原劑來實現(xiàn)NOx還原的方法。其基本原理是利用還原劑在高溫環(huán)境下的熱分解特性，將其分解產(chǎn)生的NH?與煙氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將NOx還原為N?和H?O。在實際應(yīng)用中，常用的還原劑有氨水（NH??H?O）和尿素（CO(NH?)?）。當(dāng)以氨水作為還原劑時，其噴入爐膛后，在800-950℃的高溫區(qū)域迅速熱分解，反應(yīng)式為：NH_{3}\cdotH_{2}O\stackrel{高溫}{=\!=\!=}NH_{3}\uparrow+H_{2}O。分解產(chǎn)生的NH?與煙氣中的NOx發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，其中主要的反應(yīng)式為：4NH_{3}+4NO+O_{2}\stackrel{高溫}{=\!=\!=}4N_{2}+6H_{2}O。在這個反應(yīng)中，NH?作為還原劑，將NO還原為N?，同時消耗氧氣，生成水。若使用尿素作為還原劑，其在高溫下首先發(fā)生分解反應(yīng)：CO(NH_{2})_{2}\stackrel{高溫}{=\!=\!=}2NH_{3}\uparrow+CO_{2}\uparrow，分解產(chǎn)生的NH?再參與與NOx的還原反應(yīng)。以尿素為還原劑時，與NO反應(yīng)的主要反應(yīng)式為：2NO+CO(NH_{2})_{2}+\frac{1}{2}O_{2}\stackrel{高溫}{=\!=\!=}2N_{2}+CO_{2}+2H_{2}O。在這個反應(yīng)過程中，尿素分解產(chǎn)生的NH?將NO還原為N?，同時尿素中的碳元素以CO?的形式釋放，氧元素參與反應(yīng)生成水。這些反應(yīng)都需要在特定的溫度窗口（800-950℃）內(nèi)進行，才能保證較高的脫硝效率。當(dāng)反應(yīng)溫度過高時，例如超過950℃，氨會發(fā)生分解反應(yīng)：4NH_{3}+5O_{2}\stackrel{高溫}{=\!=\!=}4NO+6H_{2}O，導(dǎo)致還原劑被氧化，NOx還原率降低。而當(dāng)反應(yīng)溫度過低，低于800℃時，反應(yīng)速率會顯著下降，氨的逃逸量增加，同樣會使NOx還原率降低。此外，還原劑與煙氣的混合程度也對脫硝效果有著重要影響。如果混合不均勻，會導(dǎo)致部分區(qū)域還原劑過量，造成氨逃逸；而部分區(qū)域還原劑不足，NOx無法充分被還原。因此，在實際應(yīng)用中，需要通過合理設(shè)計噴入裝置和優(yōu)化噴入?yún)?shù)，確保還原劑與煙氣能夠充分混合。2.2.2SCR技術(shù)原理選擇性催化還原（SCR）技術(shù)是在有催化劑存在的條件下，利用還原劑將NOx還原為N?和H?O的一種脫硝技術(shù)。該技術(shù)通常在溫度為300-420℃的范圍內(nèi)進行，常用的還原劑為液氨（NH?）、氨水（NH??H?O）或尿素（CO(NH?)?）。在實際應(yīng)用中，以液氨作為還原劑時，其在SCR反應(yīng)器中與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)過程中，液氨首先氣化，然后與煙氣中的NOx在催化劑的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要反應(yīng)式如下：4NH_{3}+4NO+O_{2}\stackrel{催化劑}{=\!=\!=}4N_{2}+6H_{2}O，這是SCR反應(yīng)中最主要的反應(yīng)，NH?將NO還原為N?，同時消耗氧氣生成水。此外，還存在與NO?的反應(yīng)：8NH_{3}+6NO_{2}\stackrel{催化劑}{=\!=\!=}7N_{2}+12H_{2}O，在這個反應(yīng)中，NH?與NO?反應(yīng)生成N?和H?O。在SCR反應(yīng)中，催化劑起著至關(guān)重要的作用。目前，商業(yè)應(yīng)用中最常用的催化劑是以TiO?為載體，以V?O?為活性成分，WO?或MoO?為助催化劑。這些催化劑能夠降低反應(yīng)的活化能，使得反應(yīng)在較低的溫度下就能高效進行。催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性直接影響著SCR技術(shù)的脫硝效率和運行成本。例如，V?O?作為主要活性成分，能夠提供反應(yīng)所需的活性位點，促進NH?與NOx的反應(yīng)。WO?或MoO?作為助催化劑，能夠增強催化劑的活性和穩(wěn)定性，提高催化劑的抗中毒能力。然而，催化劑的活性會受到煙氣中雜質(zhì)的影響，如As、堿金屬等雜質(zhì)會導(dǎo)致催化劑中毒，降低其活性。此外，催化劑的使用壽命也有限，隨著使用時間的增加，催化劑的活性會逐漸下降，需要定期更換或再生。在實際工程中，SCR系統(tǒng)通常包括還原劑儲存與供應(yīng)系統(tǒng)、氨氣噴射系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器等部分。還原劑儲存與供應(yīng)系統(tǒng)負責(zé)儲存和輸送還原劑，確保還原劑能夠穩(wěn)定地供應(yīng)到SCR反應(yīng)器中。氨氣噴射系統(tǒng)的作用是將氨氣均勻地噴射到煙氣中，使氨氣與煙氣充分混合。SCR反應(yīng)器則是發(fā)生脫硝反應(yīng)的場所，其中裝填有催化劑，煙氣在反應(yīng)器中與氨氣在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，實現(xiàn)NOx的脫除。2.2.3SNCR-SCR聯(lián)合技術(shù)原理SNCR-SCR聯(lián)合技術(shù)是將選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)和選擇性催化還原（SCR）技術(shù)相結(jié)合的一種脫硝工藝。該技術(shù)充分利用了SNCR技術(shù)在高溫區(qū)的初步脫硝能力和SCR技術(shù)在低溫區(qū)的深度脫硝優(yōu)勢，通過兩者的協(xié)同作用，實現(xiàn)高效的NOx脫除。在聯(lián)合技術(shù)流程中，首先在爐膛內(nèi)溫度為800-950℃的高溫區(qū)域噴入還原劑（如氨水、尿素等），進行SNCR反應(yīng)。在這個階段，還原劑迅速熱分解成NH?，并與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，將部分NOx還原為N?和H?O。經(jīng)過SNCR反應(yīng)后，煙氣中的NOx濃度有所降低，但仍可能無法滿足嚴格的環(huán)保排放標(biāo)準。此時，含有未反應(yīng)完的NH?和剩余NOx的煙氣進入后續(xù)的SCR反應(yīng)器。在SCR反應(yīng)器中，溫度一般控制在300-420℃，煙氣中的NH?和NOx在催化劑的作用下進一步發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，將剩余的NOx還原為N?和H?O。這種聯(lián)合技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢。從經(jīng)濟性角度來看，由于SNCR在高溫段已經(jīng)脫除了部分NOx，進入SCR反應(yīng)器的NOx含量降低，從而可以減少SCR催化劑的用量。一般情況下，與單獨使用SCR技術(shù)相比，SNCR-SCR聯(lián)合技術(shù)可使SCR催化劑的用量減少30%-50%，這大大降低了初期設(shè)備采購成本以及后期催化劑更換和維護的費用。在適應(yīng)性方面，聯(lián)合脫硝工藝打破了單一工藝的溫度限制，能夠在更廣泛的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。SNCR在高溫區(qū)的快速反應(yīng)能力，使其能夠及時響應(yīng)鍋爐負荷變化帶來的溫度波動；SCR在低溫段的高效催化作用，則保證了在不同工況下都能實現(xiàn)穩(wěn)定的脫硝效果。在安全性上，聯(lián)合脫硝工藝通過分段控制，能夠精確調(diào)節(jié)NH?的噴射量，將氨逃逸率嚴格控制在較低水平，一般可控制在3ppm以下，這不僅減少了對環(huán)境的影響，還降低了設(shè)備故障風(fēng)險，提高了整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。SNCR-SCR聯(lián)合技術(shù)的協(xié)同作用機制主要體現(xiàn)在兩個方面。一方面，SNCR階段的反應(yīng)為SCR階段提供了有利條件。SNCR在高溫區(qū)將部分NOx還原，降低了進入SCR反應(yīng)器的NOx濃度，減輕了SCR反應(yīng)器的負擔(dān)，使得SCR反應(yīng)能夠更加高效地進行。同時，SNCR反應(yīng)中未完全反應(yīng)的NH?可以作為SCR反應(yīng)的還原劑，繼續(xù)參與后續(xù)的脫硝反應(yīng)，提高了還原劑的利用率。另一方面，SCR階段對SNCR階段起到了補充和優(yōu)化的作用。由于SNCR反應(yīng)受溫度、混合等因素的影響較大，難以將NOx完全脫除，而SCR技術(shù)在催化劑的作用下，能夠在較低溫度下對剩余的NOx進行深度脫除，確保最終排放的煙氣中NOx含量達到嚴格的環(huán)保標(biāo)準。三、SNCR-SCR技術(shù)在流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤中的關(guān)鍵問題3.1反應(yīng)機理復(fù)雜與適應(yīng)性問題3.1.1煤種與氨反應(yīng)機理差異不同低熱值劣質(zhì)煤由于其化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)的差異，與氨的反應(yīng)機理存在顯著不同。低熱值劣質(zhì)煤的主要化學(xué)組成包括碳、氫、氧、氮、硫等元素，以及各種礦物質(zhì)。其中，煤中的氮元素是影響與氨反應(yīng)機理的關(guān)鍵因素之一。煤中的氮主要以有機氮和無機氮的形式存在，有機氮通常與煤的大分子結(jié)構(gòu)相結(jié)合，而無機氮則主要以礦物質(zhì)的形式存在。不同煤種中有機氮和無機氮的含量及存在形態(tài)各不相同，這導(dǎo)致了它們在燃燒過程中氮的釋放規(guī)律和反應(yīng)活性存在差異。在燃燒過程中，煤中的氮會逐步釋放出來，一部分轉(zhuǎn)化為NOx，而NOx又會與噴入的氨發(fā)生反應(yīng)。對于某些高揮發(fā)份的低熱值劣質(zhì)煤，在燃燒初期，揮發(fā)份迅速析出，其中的氮元素也隨之大量釋放，形成大量的燃料型NOx。此時，噴入的氨首先與這些燃料型NOx發(fā)生反應(yīng)。其反應(yīng)過程較為復(fù)雜，涉及到一系列的自由基反應(yīng)。氨分解產(chǎn)生的NH?自由基與NO發(fā)生反應(yīng)，生成N?和H?O，反應(yīng)式為：NH_{2}+NO\stackrel{高溫}{=\!=\!=}N_{2}+H_{2}O。然而，對于低揮發(fā)份的低熱值劣質(zhì)煤，其揮發(fā)份釋放量較少，固定碳的燃燒在整個燃燒過程中占主導(dǎo)地位。在這種情況下，燃料氮的釋放相對緩慢，NOx的生成主要集中在固定碳的燃燒階段。與高揮發(fā)份煤種相比，其與氨的反應(yīng)路徑和速率也有所不同。由于固定碳燃燒時的溫度和氣氛條件與揮發(fā)份燃燒時不同，導(dǎo)致NOx的生成和反應(yīng)特性發(fā)生變化。在固定碳燃燒的高溫環(huán)境下，氨與NOx的反應(yīng)可能會受到更多因素的影響，如氧氣濃度、溫度分布等。煤中的礦物質(zhì)成分也會對與氨的反應(yīng)機理產(chǎn)生影響。例如，一些堿性礦物質(zhì)（如鉀、鈉等）能夠促進煤中氮的釋放和轉(zhuǎn)化，增加NOx的生成量。這些堿性礦物質(zhì)在燃燒過程中可能會催化煤中氮的氧化反應(yīng)，使更多的氮轉(zhuǎn)化為NOx。而一些酸性礦物質(zhì)（如硅、鋁等）則可能對NOx的生成起到抑制作用。此外，礦物質(zhì)還可能影響氨與NOx的反應(yīng)活性。某些礦物質(zhì)可能會與氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成絡(luò)合物或其他化合物，從而改變氨的反應(yīng)活性和反應(yīng)路徑。例如，一些金屬氧化物（如氧化鐵、氧化銅等）可能會與氨發(fā)生反應(yīng)，形成金屬-氨絡(luò)合物，這些絡(luò)合物在與NOx反應(yīng)時，其反應(yīng)速率和選擇性可能與游離氨不同。煤的物理結(jié)構(gòu)，如孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積等，也會對與氨的反應(yīng)產(chǎn)生影響。具有較大比表面積和豐富孔隙結(jié)構(gòu)的煤，能夠提供更多的反應(yīng)位點，有利于氨與NOx的接觸和反應(yīng)。在這種情況下，氨能夠更迅速地擴散到煤的表面和孔隙內(nèi)部，與NOx發(fā)生反應(yīng)。而孔隙結(jié)構(gòu)的大小和分布也會影響反應(yīng)的進行。如果孔隙過小，可能會限制氨和NOx的擴散，降低反應(yīng)速率；而如果孔隙過大，雖然有利于擴散，但可能會導(dǎo)致反應(yīng)的不均勻性增加。3.1.2復(fù)雜反應(yīng)機理下的技術(shù)適應(yīng)性難題復(fù)雜的反應(yīng)機理給SNCR-SCR技術(shù)在流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤中的應(yīng)用帶來了諸多技術(shù)適應(yīng)性難題。反應(yīng)溫度窗口的精確控制變得極為困難。不同煤種與氨的反應(yīng)機理差異導(dǎo)致其最佳反應(yīng)溫度各不相同。對于某些煤種，其與氨的反應(yīng)可能在850-900℃的溫度范圍內(nèi)具有較高的脫硝效率；而對于另一些煤種，最佳反應(yīng)溫度可能在900-950℃之間。在實際的流化床燃燒過程中，由于煤種的多樣性和燃燒工況的復(fù)雜性，爐膛內(nèi)的溫度分布不均勻，難以保證所有區(qū)域都處于最佳反應(yīng)溫度窗口內(nèi)。當(dāng)溫度低于最佳反應(yīng)溫度時，反應(yīng)速率降低，脫硝效率下降。例如，當(dāng)溫度降低100℃時，反應(yīng)速率可能會降低50%以上，導(dǎo)致大量的NOx無法被還原。而當(dāng)溫度高于最佳反應(yīng)溫度時，氨可能會發(fā)生氧化反應(yīng)，生成更多的NOx，同樣會降低脫硝效率。在1000℃以上的高溫下，氨的氧化反應(yīng)會顯著增強，使得脫硝效果急劇惡化。還原劑利用率難以提高。由于反應(yīng)機理復(fù)雜，氨與NOx的反應(yīng)可能受到多種因素的干擾，導(dǎo)致還原劑不能充分參與反應(yīng)。煤中的某些成分可能會與氨發(fā)生副反應(yīng)，消耗一部分氨。一些含硫化合物可能會與氨反應(yīng)生成硫酸銨等物質(zhì)，降低了氨的有效濃度。此外，反應(yīng)過程中的擴散限制也會影響還原劑的利用率。如果氨在爐膛內(nèi)的擴散不均勻，部分區(qū)域氨濃度過高，而部分區(qū)域氨濃度過低，會導(dǎo)致氨的浪費和脫硝效率的降低。氨濃度過高的區(qū)域會出現(xiàn)氨逃逸現(xiàn)象，不僅造成了還原劑的浪費，還會對環(huán)境產(chǎn)生污染；而氨濃度過低的區(qū)域則無法充分還原NOx。據(jù)研究表明，當(dāng)氨氮摩爾比增加10%時，如果擴散不均勻，脫硝效率可能僅提高5%左右，而氨逃逸卻可能增加30%以上。NOx的生成和還原過程難以協(xié)調(diào)。不同煤種在燃燒過程中NOx的生成特性不同，而SNCR-SCR技術(shù)需要根據(jù)NOx的生成情況精確控制氨的噴射量和反應(yīng)條件。對于一些高氮含量的低熱值劣質(zhì)煤，燃燒過程中會產(chǎn)生大量的NOx，需要較多的氨來進行還原。然而，過多的氨噴射可能會導(dǎo)致氨逃逸和其他問題。而對于低氮含量的煤種，NOx生成量較少，如果按照高氮煤種的標(biāo)準噴射氨，會造成氨的過量和浪費。此外，燃燒過程中的工況變化，如負荷變化、煤種切換等，也會導(dǎo)致NOx生成量的波動，進一步增加了協(xié)調(diào)NOx生成和還原過程的難度。當(dāng)鍋爐負荷突然增加時，燃燒強度增大，NOx生成量可能會在短時間內(nèi)增加50%以上，此時如果不能及時調(diào)整氨的噴射量，脫硝效率將無法保證。3.2影響脫硝效率的關(guān)鍵因素3.2.1燃燒溫度的影響燃燒溫度是影響SNCR-SCR技術(shù)脫硝效率的關(guān)鍵因素之一，對脫硝效率和氨逃逸有著顯著的影響規(guī)律。在SNCR反應(yīng)中，溫度對反應(yīng)速率和反應(yīng)路徑起著決定性作用。當(dāng)燃燒溫度處于800-950℃的最佳反應(yīng)溫度窗口時，脫硝效率較高。在這一溫度范圍內(nèi)，還原劑（如氨水、尿素等）能夠迅速熱分解成NH?，且NH?與NOx的反應(yīng)速率較快，使得脫硝反應(yīng)能夠順利進行。相關(guān)實驗研究表明，當(dāng)溫度為900℃時，SNCR的脫硝效率可達到60%以上。當(dāng)溫度低于800℃時，反應(yīng)速率會顯著下降。這是因為溫度降低，還原劑的熱分解速度減慢，生成的NH?量減少，且NH?與NOx的反應(yīng)活性降低。在700℃時，脫硝效率可能會降至30%以下。同時，氨逃逸量會明顯增加。由于反應(yīng)速率慢，部分NH?無法及時與NOx反應(yīng)，就會隨著煙氣排出，造成氨逃逸。有研究表明，當(dāng)溫度從800℃降至700℃時，氨逃逸量可能會增加50%以上。若溫度高于950℃，氨會發(fā)生氧化反應(yīng)。此時，4NH?+5O?=4NO+6H?O這一反應(yīng)會占據(jù)主導(dǎo)，導(dǎo)致還原劑被氧化，生成更多的NOx，從而使脫硝效率降低。在1000℃時，脫硝效率可能會急劇下降至10%以下。并且，隨著溫度的升高，氨的氧化反應(yīng)加劇，氨逃逸也會進一步增加。在SCR反應(yīng)中，溫度同樣對脫硝效率有著重要影響。SCR反應(yīng)的最佳溫度范圍通常在300-420℃。當(dāng)溫度在此范圍內(nèi)時，催化劑的活性較高，能夠有效促進NH?與NOx的反應(yīng)。當(dāng)溫度為350℃時，SCR的脫硝效率可達到90%以上。如果溫度低于300℃，催化劑的活性會受到抑制，反應(yīng)速率減慢，脫硝效率降低。在250℃時，脫硝效率可能會降至70%以下。而當(dāng)溫度高于420℃時，催化劑可能會發(fā)生燒結(jié)、失活等現(xiàn)象，同樣會導(dǎo)致脫硝效率下降。在450℃時，脫硝效率可能會降至80%以下。在實際的流化床燃燒低熱值劣質(zhì)煤過程中，由于煤種的多樣性和燃燒工況的復(fù)雜性，爐膛內(nèi)的溫度分布不均勻。這給溫度的精確控制帶來了很大挑戰(zhàn)，難以保證所有區(qū)域都處于最佳反應(yīng)溫度窗口內(nèi)。在爐膛的某些局部區(qū)域，溫度可能會偏離最佳反應(yīng)溫度，從而導(dǎo)致脫硝效率降低和氨逃逸增加。因此，如何優(yōu)化燃燒過程，使?fàn)t膛內(nèi)溫度分布更加均勻，確保反應(yīng)溫度處于最佳范圍內(nèi)，是提高SNCR-SCR技術(shù)脫硝效率的關(guān)鍵之一。3.2.2空氣過量系數(shù)的作用空氣過量系數(shù)是指實際供給的空氣量與理論上完全燃燒所需空氣量的比值，它對SNCR-SCR技術(shù)在流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤過程中的反應(yīng)進程和脫硝效果有著重要影響?？諝膺^量系數(shù)直接影響著燃燒過程中的氧氣含量。當(dāng)空氣過量系數(shù)較小時，爐膛內(nèi)氧氣不足，燃燒反應(yīng)不充分，會導(dǎo)致燃料燃燒不完全，產(chǎn)生一氧化碳等污染物。在這種情況下，NOx的生成量可能會受到一定影響。由于燃燒不充分，火焰溫度較低，熱力型NOx的生成量會減少。但同時，燃料中的氮可能無法完全轉(zhuǎn)化為NOx，部分會以氮氣的形式排出，這在一定程度上有利于降低NOx的排放。然而，燃燒不完全會導(dǎo)致熱量釋放不足，影響鍋爐的運行效率。隨著空氣過量系數(shù)的增大，爐膛內(nèi)氧氣充足，燃燒反應(yīng)更加充分，火焰溫度升高。這會使熱力型NOx的生成量增加。在高溫下，空氣中的氮氣與氧氣更容易發(fā)生反應(yīng)，生成NOx。例如，當(dāng)空氣過量系數(shù)從1.2增加到1.5時，熱力型NOx的生成量可能會增加30%以上。在充足的氧氣條件下，燃料中的氮也更容易被氧化成NOx，進一步增加了NOx的排放。對于SNCR-SCR反應(yīng)，空氣過量系數(shù)的變化會影響反應(yīng)的進行。在SNCR反應(yīng)中，適量的氧氣是還原劑與NOx反應(yīng)的必要條件。但如果氧氣過多，會加速氨的氧化反應(yīng)，導(dǎo)致氨的浪費和脫硝效率的降低。當(dāng)氧氣含量過高時，氨可能會優(yōu)先與氧氣反應(yīng)，而不是與NOx反應(yīng)，從而減少了與NOx反應(yīng)的氨的量。在SCR反應(yīng)中，氧氣含量也會影響催化劑的活性和反應(yīng)速率。合適的氧氣含量能夠保證催化劑的活性，促進NH?與NOx的反應(yīng)。但過高或過低的氧氣含量都可能對催化劑產(chǎn)生負面影響，導(dǎo)致脫硝效率下降。在實際運行中，需要根據(jù)低熱值劣質(zhì)煤的特性和燃燒工況，合理調(diào)整空氣過量系數(shù)。對于高揮發(fā)份的低熱值劣質(zhì)煤，由于其燃燒速度較快，可能需要適當(dāng)提高空氣過量系數(shù)，以保證燃燒充分。但同時要注意控制氧氣含量，避免NOx生成量過多。而對于低揮發(fā)份的低熱值劣質(zhì)煤，由于其燃燒相對困難，可能需要適當(dāng)降低空氣過量系數(shù)，以提高火焰溫度，促進燃燒。在調(diào)整空氣過量系數(shù)時，還需要考慮對SNCR-SCR反應(yīng)的影響，確保在降低NOx排放的同時，提高脫硝效率。3.2.3其他因素分析除了燃燒溫度和空氣過量系數(shù)外，還原劑種類、濃度、噴射方式等因素也對SNCR-SCR技術(shù)的脫硝效率有著顯著影響。還原劑種類：在SNCR-SCR技術(shù)中，常用的還原劑有氨水、尿素等。不同的還原劑具有不同的反應(yīng)特性，這會導(dǎo)致脫硝效率存在差異。氨水作為還原劑時，其熱分解速度較快，能夠迅速產(chǎn)生NH?，與NOx發(fā)生反應(yīng)。在相同的反應(yīng)條件下，氨水作為還原劑時的脫硝效率相對較高。然而，氨水具有揮發(fā)性和腐蝕性，在儲存和運輸過程中需要采取特殊的防護措施。尿素作為還原劑時，其熱分解需要一定的溫度條件，反應(yīng)速度相對較慢。但尿素相對安全，易于儲存和運輸。在一些對安全性要求較高的場合，尿素更適合作為還原劑。不同煤種對還原劑的適應(yīng)性也不同。對于某些煤種，可能對氨水的反應(yīng)活性更高，使用氨水作為還原劑能夠獲得更好的脫硝效果；而對于另一些煤種，尿素可能更具優(yōu)勢。還原劑濃度：還原劑濃度對脫硝效率有著直接影響。一般來說，在一定范圍內(nèi)，提高還原劑濃度可以增加脫硝效率。這是因為更多的還原劑能夠提供更多的NH?，與NOx發(fā)生反應(yīng)的機會增加。當(dāng)還原劑濃度過高時，會導(dǎo)致氨逃逸增加。過量的還原劑無法完全參與反應(yīng)，多余的NH?會隨著煙氣排出，造成二次污染。因此，需要根據(jù)實際情況，合理控制還原劑濃度。在實際運行中，可以通過監(jiān)測氨逃逸量和脫硝效率，來調(diào)整還原劑濃度，以達到最佳的脫硝效果。噴射方式：還原劑的噴射方式對其與煙氣的混合程度和脫硝效率有著重要影響。常見的噴射方式有噴槍噴射、噴氨格柵噴射等。噴槍噴射是將還原劑通過噴槍直接噴入爐膛內(nèi)。這種噴射方式簡單，但可能會導(dǎo)致還原劑在爐膛內(nèi)分布不均勻。如果噴槍的位置和噴射角度不合理，會使部分區(qū)域還原劑濃度過高，而部分區(qū)域還原劑濃度過低，從而影響脫硝效率。噴氨格柵噴射則是將還原劑通過噴氨格柵均勻地噴入煙氣中。這種噴射方式能夠使還原劑與煙氣更好地混合，提高脫硝效率。但噴氨格柵的設(shè)計和安裝需要考慮煙氣的流速、溫度等因素，以確保還原劑能夠均勻地分布在煙氣中。在實際應(yīng)用中，還可以結(jié)合其他措施，如優(yōu)化爐膛結(jié)構(gòu)、增加導(dǎo)流板等，來進一步提高還原劑與煙氣的混合效果，從而提高脫硝效率。3.3技術(shù)難點與挑戰(zhàn)3.3.1還原劑與煙氣混合不均勻在流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤的過程中，還原劑與煙氣混合不均勻是一個關(guān)鍵的技術(shù)難點，其成因復(fù)雜，對脫硝效率和氨逃逸產(chǎn)生顯著影響。流化床內(nèi)的氣固兩相流特性是導(dǎo)致混合不均勻的重要原因之一。流化床中，大量的固體顆粒（如石英砂、石灰石等）在氣流的作用下處于流化狀態(tài)，氣固之間存在著強烈的相互作用和復(fù)雜的流動現(xiàn)象。這種復(fù)雜的流態(tài)使得煙氣的流動路徑和速度分布極不均勻。在某些區(qū)域，煙氣可能形成局部的渦流或短路，導(dǎo)致還原劑難以與煙氣充分接觸和混合。在密相區(qū)，固體顆粒濃度較高，會對煙氣和還原劑的流動產(chǎn)生較大的阻礙，進一步加劇了混合的不均勻性。噴入方式和位置的不合理也會嚴重影響混合效果。若噴槍的布置位置不當(dāng)，可能會使還原劑噴入后無法及時擴散到整個煙氣中。噴槍的噴射角度和速度與煙氣的流動方向不匹配，還原劑可能會集中在某一局部區(qū)域，而其他區(qū)域則得不到足夠的還原劑。當(dāng)噴槍位于爐膛角落時，還原劑可能難以擴散到爐膛中心區(qū)域，導(dǎo)致中心區(qū)域的脫硝效率低下。噴槍的數(shù)量和間距設(shè)置不合理，也會造成還原劑分布不均勻。噴槍數(shù)量過少，無法覆蓋整個爐膛截面，會出現(xiàn)混合盲區(qū)；而噴槍間距過大，會導(dǎo)致還原劑在不同噴槍之間的區(qū)域分布不足?；旌喜痪鶆?qū)γ撓跣屎桶碧右萦兄苯忧颐黠@的影響。當(dāng)還原劑與煙氣混合不均勻時，部分區(qū)域的NOx無法與足夠的還原劑接觸反應(yīng)，導(dǎo)致脫硝效率降低。在某些區(qū)域，由于還原劑濃度過低，NOx的還原反應(yīng)無法充分進行，使得這些區(qū)域的NOx排放濃度仍然較高。而在還原劑濃度過高的區(qū)域，雖然脫硝反應(yīng)可能較為充分，但會導(dǎo)致氨逃逸增加。過量的還原劑無法參與反應(yīng)，就會隨著煙氣排出，造成二次污染。據(jù)研究表明，當(dāng)混合不均勻度達到30%時，脫硝效率可能會降低20%以上，氨逃逸則可能會增加50%以上。氨逃逸不僅會對環(huán)境造成污染，還可能會引起后續(xù)設(shè)備的腐蝕和堵塞等問題。氨逃逸的氨氣會與煙氣中的SO?反應(yīng)生成硫酸銨等物質(zhì)，這些物質(zhì)會附著在空氣預(yù)熱器等設(shè)備的表面，導(dǎo)致設(shè)備堵塞，降低設(shè)備的傳熱效率和使用壽命。3.3.2催化劑的選擇與壽命問題在流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤的SNCR-SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)中，催化劑的選擇至關(guān)重要，同時催化劑的壽命問題也面臨諸多挑戰(zhàn)。適用于該工況的催化劑需要具備多方面的特性。由于低熱值劣質(zhì)煤燃燒產(chǎn)生的煙氣成分復(fù)雜，除了含有NOx、SO?、O?等常規(guī)成分外，還可能含有大量的粉塵、重金屬等雜質(zhì)，這就要求催化劑具有良好的抗中毒能力。例如，As、堿金屬等雜質(zhì)容易吸附在催化劑表面，與催化劑的活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑中毒失活。因此，需要選擇能夠抵抗這些雜質(zhì)影響的催化劑。以V?O?-TiO?為活性成分的催化劑，在一定程度上能夠抵抗As的中毒，但對于堿金屬的抗中毒能力相對較弱。催化劑還需要具備較高的活性和選擇性。在SCR反應(yīng)中，催化劑要能夠高效地促進NH?與NOx的反應(yīng)，將NOx還原為N?和H?O，同時要盡量減少其他副反應(yīng)的發(fā)生。對于一些低溫活性較好的催化劑，在300℃左右就能保持較高的活性，能夠滿足SCR反應(yīng)在較低溫度下的要求。此外，考慮到流化床燃燒的特點，催化劑還應(yīng)具有較好的耐磨性。流化床內(nèi)的固體顆粒高速運動，會對催化劑表面產(chǎn)生沖刷作用，容易導(dǎo)致催化劑磨損。因此，需要選擇硬度較高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的催化劑材料，以提高催化劑的耐磨性。催化劑的壽命問題是實際應(yīng)用中面臨的重要挑戰(zhàn)。催化劑中毒是導(dǎo)致壽命縮短的主要原因之一。除了前面提到的As、堿金屬等雜質(zhì)會導(dǎo)致催化劑中毒外，煙氣中的SO?在一定條件下也會對催化劑產(chǎn)生不利影響。SO?可能會與催化劑表面的活性成分反應(yīng)，生成硫酸鹽等物質(zhì)，覆蓋催化劑的活性位點，降低催化劑的活性。當(dāng)煙氣中SO?濃度較高時，催化劑的中毒速度會加快，壽命會明顯縮短。催化劑的磨損也是影響壽命的重要因素。流化床內(nèi)的高速氣流和固體顆粒的沖刷，會使催化劑表面的活性物質(zhì)逐漸脫落，導(dǎo)致催化劑活性下降。隨著運行時間的增加，催化劑的磨損程度會不斷加劇，當(dāng)磨損到一定程度時，催化劑就無法滿足脫硝要求，需要更換。催化劑的燒結(jié)現(xiàn)象也會影響其壽命。在高溫環(huán)境下，催化劑的晶體結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生變化，導(dǎo)致催化劑的比表面積減小，活性位點減少，從而使催化劑的活性降低。當(dāng)SCR反應(yīng)溫度過高時，催化劑的燒結(jié)速度會加快，壽命會受到嚴重影響。為了延長催化劑的壽命，需要采取一系列措施。在催化劑的選擇上，應(yīng)綜合考慮其抗中毒、活性、選擇性和耐磨性等性能，選擇性能優(yōu)良的催化劑。在運行過程中，要對煙氣進行預(yù)處理，降低煙氣中的雜質(zhì)含量。通過高效的除塵設(shè)備降低粉塵含量，采用脫硫技術(shù)降低SO?濃度等，減少雜質(zhì)對催化劑的損害。還可以對催化劑進行定期的再生處理，恢復(fù)其活性。對于因中毒而失活的催化劑，可以通過化學(xué)清洗等方法去除表面的雜質(zhì)，使其重新恢復(fù)活性。3.3.3系統(tǒng)運行穩(wěn)定性與成本控制流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤時，SNCR-SCR系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性與成本控制是技術(shù)應(yīng)用中需要重點關(guān)注的問題，設(shè)備故障、維護成本和運行能耗等因素對其有著重要影響。設(shè)備故障是影響系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。在流化床燃燒過程中，由于爐膛內(nèi)的溫度、壓力等工況條件復(fù)雜多變，設(shè)備容易受到磨損、腐蝕等影響，從而引發(fā)故障。噴槍在高溫、高粉塵的環(huán)境下，其噴頭容易被磨損，導(dǎo)致還原劑噴射不均勻或堵塞，影響脫硝效果。SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑在長期運行過程中，可能會因中毒、燒結(jié)等原因失去活性，導(dǎo)致脫硝效率下降?？諝忸A(yù)熱器等設(shè)備在煙氣的沖刷和腐蝕作用下，可能會出現(xiàn)漏風(fēng)、傳熱效率降低等問題，影響系統(tǒng)的正常運行。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，不僅會導(dǎo)致NOx排放超標(biāo)，無法滿足環(huán)保要求，還可能會引發(fā)生產(chǎn)事故，造成經(jīng)濟損失。維護成本是系統(tǒng)成本控制的重要組成部分。為了保證系統(tǒng)的正常運行，需要對設(shè)備進行定期的維護和檢修。這包括對噴槍、催化劑、空氣預(yù)熱器等設(shè)備的檢查、清洗、更換等工作。催化劑的更換成本較高，一般來說，催化劑的使用壽命為3-5年，更換一次催化劑的費用可能占到系統(tǒng)總投資的10%-20%。設(shè)備的維護還需要投入大量的人力和物力，包括專業(yè)技術(shù)人員的工資、維護工具和材料的費用等。維護工作的頻率和難度也會影響維護成本。如果設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障，需要增加維護次數(shù)，這將進一步提高維護成本。運行能耗也是影響系統(tǒng)成本的重要因素。在SNCR-SCR系統(tǒng)中，運行能耗主要包括還原劑的消耗、風(fēng)機的電耗等。還原劑的用量直接影響運行成本。如果脫硝效率不高，為了達到環(huán)保排放標(biāo)準，就需要增加還原劑的噴射量，這將導(dǎo)致還原劑成本增加。風(fēng)機用于輸送煙氣和還原劑，其電耗與風(fēng)機的功率、運行時間等因素有關(guān)。在實際運行中，為了保證煙氣和還原劑的正常輸送，風(fēng)機需要持續(xù)運行，這會消耗大量的電能。當(dāng)系統(tǒng)負荷變化時，風(fēng)機的運行效率可能會降低，導(dǎo)致電耗進一步增加。為了提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和控制成本，需要采取一系列措施。在設(shè)備選型上，應(yīng)選擇質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的設(shè)備，減少設(shè)備故障的發(fā)生。加強設(shè)備的日常維護和管理，制定合理的維護計劃，及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備問題。通過優(yōu)化運行參數(shù)，提高脫硝效率，降低還原劑的消耗。合理調(diào)整風(fēng)機的運行方式，根據(jù)系統(tǒng)負荷變化及時調(diào)整風(fēng)機的轉(zhuǎn)速和風(fēng)量，提高風(fēng)機的運行效率，降低電耗。四、案例分析4.1某電廠流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤的SNCR-SCR改造案例4.1.1項目背景與改造目標(biāo)某電廠原有流化床鍋爐主要用于燃用當(dāng)?shù)氐牡蜔嶂盗淤|(zhì)煤，以滿足發(fā)電和供熱需求。該鍋爐型號為[具體型號]，額定蒸發(fā)量為[X]t/h，額定蒸汽壓力為[X]MPa，額定蒸汽溫度為[X]℃。長期運行過程中，發(fā)現(xiàn)鍋爐存在諸多問題。由于低熱值劣質(zhì)煤的特性，鍋爐燃燒效率較低，僅為[X]%左右，導(dǎo)致能源浪費嚴重。在環(huán)保方面，鍋爐的NOx排放濃度較高，達到[X]mg/m3（標(biāo)態(tài)），遠超當(dāng)?shù)厝找鎳栏竦沫h(huán)保排放標(biāo)準，如當(dāng)?shù)匾驨Ox排放濃度需低于[X]mg/m3（標(biāo)態(tài)）。為了改善這種狀況，提高能源利用效率，降低污染物排放，電廠決定對鍋爐的脫硝系統(tǒng)進行改造，采用SNCR-SCR聯(lián)合技術(shù)。改造的主要目標(biāo)是使NOx排放濃度穩(wěn)定低于當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準，同時提高脫硝效率，降低氨逃逸，減少對環(huán)境的二次污染。在經(jīng)濟目標(biāo)方面，力求在滿足環(huán)保要求的前提下，盡可能降低改造投資成本和運行成本，提高電廠的經(jīng)濟效益。通過改造，預(yù)期將鍋爐的燃燒效率提高到[X]%以上，降低發(fā)電和供熱成本。4.1.2改造方案實施在SNCR系統(tǒng)改造中，對還原劑的選擇進行了優(yōu)化。綜合考慮安全性、成本和脫硝效果等因素，最終選用尿素作為還原劑。這是因為尿素相對安全，易于儲存和運輸，且在合適的條件下能夠有效分解產(chǎn)生NH?參與脫硝反應(yīng)。在系統(tǒng)設(shè)計上，對尿素溶液儲存及制備系統(tǒng)進行了升級。利用原有的部分設(shè)備，更換了流量更精準的尿素溶液供給泵，以確保還原劑的穩(wěn)定供應(yīng)。同時，更換了一些老化、不合適的管路，提高了系統(tǒng)的可靠性。為了提高還原劑與煙氣的混合效果，增加了噴槍的數(shù)量，并對噴槍的布置位置和噴射角度進行了優(yōu)化。通過模擬計算和實際調(diào)試，確定了噴槍的最佳位置，使其能夠?qū)⒛蛩厝芤壕鶆虻貒娙霠t膛內(nèi)溫度為800-950℃的最佳反應(yīng)區(qū)域。在旋風(fēng)分離器出入口水平煙道等部位合理布置噴槍，保證了還原劑在煙氣中的充分擴散和混合。對于SCR系統(tǒng)改造，在催化劑選擇上，選用了以V?O?-TiO?為活性成分，WO?為助催化劑的催化劑。這種催化劑具有較高的活性和選擇性，能夠在300-420℃的溫度范圍內(nèi)有效促進NH?與NOx的反應(yīng)。為了滿足催化劑的工作溫度要求，對省煤器進行了重新布置。將原第一、三級省煤器重新設(shè)計安裝，去除了第二級省煤器，在新的兩級省煤器之間布置SCR裝置。同時，在省煤器和SCR裝置之間預(yù)留了合理的檢修空間，方便日后對設(shè)備進行維護和檢修。考慮到爐膛內(nèi)空間有限，將第一、三級省煤器的受熱面改造為H型鰭片管。H型鰭片管不僅增大了受熱面管的實際傳熱面積，使在有限的煙道空間中增加受熱面成為可能，還能改變該區(qū)域的煙氣流場，具有更好的自吹灰能力和防磨能力。此外，由于H型鰭片管降低了煙氣流通面積，提高了煙氣速度，增大了傳熱系數(shù)，從而增大了傳熱量，降低了煙氣出口溫度，提高了鍋爐效率。4.1.3運行效果與數(shù)據(jù)分析改造完成并穩(wěn)定運行一段時間后，對鍋爐的運行效果進行了全面監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析。在NOx排放濃度方面，改造前，鍋爐的NOx排放濃度高達[X]mg/m3（標(biāo)態(tài)）。改造后，在不同負荷工況下進行測試，結(jié)果顯示，NOx排放濃度大幅降低。在滿負荷運行時，NOx排放濃度穩(wěn)定在[X]mg/m3（標(biāo)態(tài)）以下，遠低于當(dāng)?shù)匾蟮腫X]mg/m3（標(biāo)態(tài)）排放標(biāo)準。在部分負荷運行時，NOx排放濃度同樣能夠滿足環(huán)保要求，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。脫硝效率得到了顯著提高。改造前，鍋爐的脫硝效率較低，僅能達到[X]%左右。采用SNCR-SCR聯(lián)合技術(shù)改造后，脫硝效率大幅提升。通過對多個工況點的測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，聯(lián)合脫硝系統(tǒng)的脫硝效率平均達到了[X]%以上。在某些工況下，脫硝效率甚至可以達到[X]%，實現(xiàn)了高效的NOx脫除。氨逃逸情況也得到了有效控制。改造前，由于脫硝系統(tǒng)不完善，氨逃逸量較高，達到[X]ppm左右。改造后，通過優(yōu)化還原劑的噴射量和噴射方式，以及合理設(shè)計SCR反應(yīng)器，氨逃逸量顯著降低。在正常運行工況下，氨逃逸量穩(wěn)定控制在[X]ppm以下，減少了對環(huán)境的二次污染，同時也降低了對后續(xù)設(shè)備的腐蝕風(fēng)險。通過對該電廠流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤的SNCR-SCR改造案例的分析可以看出，采用合理的改造方案，能夠有效解決低熱值劣質(zhì)煤燃燒過程中的NOx排放問題，提高脫硝效率，降低氨逃逸，實現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟的雙贏目標(biāo)。4.2案例經(jīng)驗總結(jié)與啟示從該電廠的改造案例中，可在技術(shù)選擇、設(shè)備改造、運行管理等多方面總結(jié)出寶貴經(jīng)驗，為其他項目提供有力參考。在技術(shù)選擇方面，綜合考量各方面因素至關(guān)重要。該電廠選用SNCR-SCR聯(lián)合技術(shù)，是充分權(quán)衡了低熱值劣質(zhì)煤燃燒特性和環(huán)保要求的結(jié)果。SNCR技術(shù)前期投資成本低，適用于初步降低NOx濃度，為后續(xù)SCR深度脫硝減輕負擔(dān)；SCR技術(shù)脫硝效率高，能確保最終NOx排放達標(biāo)。這種聯(lián)合技術(shù)的應(yīng)用，不僅在一定程度上降低了整體投資成本，還能滿足日益嚴格的環(huán)保要求。對于其他項目而言，在選擇脫硝技術(shù)時，需全面分析自身煤種特性、燃燒工況以及環(huán)保標(biāo)準等因素。若煤種較為單一且NOx初始排放濃度較低，可優(yōu)先考慮成本較低的SNCR技術(shù)；而對于NOx排放要求極為嚴格，且有一定經(jīng)濟實力承擔(dān)較高投資和運行成本的項目，SNCR-SCR聯(lián)合技術(shù)或單獨的SCR技術(shù)可能更為合適。還應(yīng)關(guān)注技術(shù)的發(fā)展趨勢，不斷優(yōu)化技術(shù)組合，以實現(xiàn)更好的脫硝效果和經(jīng)濟效益。設(shè)備改造是項目成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在SNCR系統(tǒng)改造中，該電廠對還原劑的選擇、設(shè)備的升級以及噴槍的優(yōu)化布置都為提高脫硝效率提供了保障。選用尿素作為還原劑，充分考慮了其安全性、儲存和運輸?shù)谋憷浴Ｔ趯嶋H項目中，其他電廠可根據(jù)自身實際情況選擇合適的還原劑。若周邊有穩(wěn)定的液氨供應(yīng)源，且具備完善的安全防護措施，液氨也是一種可考慮的還原劑。在設(shè)備升級方面，更換流量精準的尿素溶液供給泵，確保了還原劑的穩(wěn)定供應(yīng)。其他項目在進行設(shè)備改造時，應(yīng)注重設(shè)備的質(zhì)量和性能，選擇可靠的供應(yīng)商，確保設(shè)備能夠穩(wěn)定運行。對噴槍的布置和噴射角度進行優(yōu)化，提高了還原劑與煙氣的混合效果。在其他項目中，可通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場調(diào)試相結(jié)合的方法，確定噴槍的最佳布置位置和噴射參數(shù)，以提高混合均勻性。在SCR系統(tǒng)改造中，合理布置省煤器和選擇合適的催化劑是重點。該電廠重新布置省煤器，為SCR裝置提供了合適的安裝空間，并預(yù)留了檢修空間，這為設(shè)備的長期穩(wěn)定運行和維護提供了便利。其他項目在進行省煤器布置時，需充分考慮鍋爐的整體結(jié)構(gòu)和運行要求，確保省煤器的布置不會影響鍋爐的正常運行。在催化劑選擇上，以V?O?-TiO?為活性成分，WO?為助催化劑的催化劑在該項目中表現(xiàn)出了良好的性能。其他項目在選擇催化劑時，應(yīng)根據(jù)煙氣成分、溫度等條件，綜合考慮催化劑的活性、選擇性、抗中毒能力和耐磨性等性能指標(biāo)。運行管理對于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和成本控制至關(guān)重要。該電廠通過對NOx排放濃度、脫硝效率和氨逃逸等指標(biāo)的實時監(jiān)測，及時調(diào)整運行參數(shù)，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和達標(biāo)排放。其他項目應(yīng)建立完善的監(jiān)測體系，配備先進的監(jiān)測設(shè)備，實時掌握系統(tǒng)的運行狀態(tài)。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整還原劑的噴射量、燃燒溫度和空氣過量系數(shù)等參數(shù)，以提高脫硝效率，降低氨逃逸和運行成本。加強設(shè)備的日常維護和管理，制定合理的維護計劃，定期對設(shè)備進行檢查、清洗和保養(yǎng)，及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備故障，確保設(shè)備的正常運行。還應(yīng)加強對操作人員的培訓(xùn)，提高其操作技能和責(zé)任心，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。五、解決關(guān)鍵問題的策略與優(yōu)化措施5.1優(yōu)化反應(yīng)條件5.1.1溫度控制策略為了實現(xiàn)對反應(yīng)溫度的精確控制，可從調(diào)整燃燒工況和優(yōu)化受熱面布置兩方面入手。在調(diào)整燃燒工況方面，需根據(jù)低熱值劣質(zhì)煤的特性和鍋爐負荷的變化，靈活調(diào)整燃料量與風(fēng)量的配比。當(dāng)煤種的揮發(fā)份較低時，著火相對困難，此時應(yīng)適當(dāng)增加一次風(fēng)量，提高流化速度，使燃料與空氣充分混合，促進燃料的著火和燃燒，從而提高燃燒溫度。同時，要合理控制二次風(fēng)量的送入位置和比例，通過二次風(fēng)的分級送入，強化爐內(nèi)的擾動和混合，優(yōu)化燃燒過程，避免局部溫度過高或過低。在鍋爐負荷降低時，應(yīng)相應(yīng)減少燃料量和風(fēng)量，同時調(diào)整一、二次風(fēng)的比例，以維持穩(wěn)定的燃燒溫度。優(yōu)化受熱面布置是控制反應(yīng)溫度的另一關(guān)鍵措施。對于流化床鍋爐，合理布置受熱面可以有效調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)的熱量分布。在爐膛上部增加受熱面，能夠吸收更多的熱量，降低爐膛出口煙溫，避免溫度過高導(dǎo)致氨的氧化反應(yīng)加劇。在爐膛內(nèi)布置衛(wèi)燃帶，可減少受熱面的吸熱量，提高床層溫度，使燃燒溫度更接近最佳反應(yīng)溫度窗口。通過調(diào)整省煤器的受熱面積和位置，也能對進入SCR反應(yīng)器的煙氣溫度進行有效控制。在一些實際工程中，通過增加省煤器的受熱面積，降低了進入SCR反應(yīng)器的煙氣溫度，使其更符合催化劑的最佳工作溫度范圍，從而提高了脫硝效率。此外，還可以利用先進的溫度監(jiān)測技術(shù)，對爐膛內(nèi)不同區(qū)域的溫度進行實時監(jiān)測。采用分布式溫度傳感器，能夠獲取爐膛內(nèi)詳細的溫度分布信息。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整燃燒工況和受熱面的運行參數(shù)，確保反應(yīng)溫度始終處于最佳范圍內(nèi)。5.1.2空氣過量系數(shù)優(yōu)化根據(jù)煤種和負荷調(diào)整空氣過量系數(shù)是提高脫硝效率和燃燒效率的重要方法。對于不同的低熱值劣質(zhì)煤種，由于其揮發(fā)份、固定碳含量等特性不同，所需的最佳空氣過量系數(shù)也存在差異。高揮發(fā)份的低熱值劣質(zhì)煤，燃燒速度較快，需要較多的氧氣來保證燃燒充分，因此空氣過量系數(shù)可適當(dāng)提高。在實際運行中，對于揮發(fā)份含量在25%-35%的低熱值劣質(zhì)煤，空氣過量系數(shù)可控制在1.2-1.3之間。而對于低揮發(fā)份的低熱值劣質(zhì)煤，由于其燃燒相對困難，著火溫度較高，過高的空氣過量系數(shù)會導(dǎo)致火焰溫度降低，影響燃燒穩(wěn)定性和效率。對于揮發(fā)份含量在10%-15%的低熱值劣質(zhì)煤，空氣過量系數(shù)可控制在1.1-1.2之間。在鍋爐負荷變化時，空氣過量系數(shù)也需相應(yīng)調(diào)整。當(dāng)負荷增加時，燃料量增多，為了保證燃料的完全燃燒，需要適當(dāng)增加空氣量，提高空氣過量系數(shù)。當(dāng)負荷增加20%時，空氣過量系數(shù)可相應(yīng)提高0.05-0.1。而當(dāng)負荷降低時，應(yīng)減少空氣量，降低空氣過量系數(shù)，以避免因空氣過多導(dǎo)致的熱量損失和NOx生成量增加。當(dāng)負荷降低30%時，空氣過量系數(shù)可降低0.05-0.1。在調(diào)整空氣過量系數(shù)時，需依據(jù)燃燒理論和實際運行經(jīng)驗。從燃燒理論角度來看，空氣過量系數(shù)的變化會影響燃燒過程中的氧氣濃度和反應(yīng)速率。當(dāng)空氣過量系數(shù)過低時，氧氣不足，燃燒反應(yīng)不完全，會產(chǎn)生一氧化碳等污染物，同時NOx的生成量也會受到影響。當(dāng)空氣過量系數(shù)過高時，過多的氧氣會參與反應(yīng)，導(dǎo)致火焰溫度升高，熱力型NOx的生成量增加。在實際運行中，可通過監(jiān)測煙氣中的氧氣含量、一氧化碳含量和NOx排放濃度等參數(shù)，來判斷空氣過量系數(shù)是否合適。當(dāng)煙氣中氧氣含量過低，一氧化碳含量過高時，說明空氣過量系數(shù)過低，需要增加空氣量。而當(dāng)NOx排放濃度隨著空氣過量系數(shù)的增加而顯著上升時，則需要適當(dāng)降低空氣過量系數(shù)。5.2改進混合方式5.2.1新型混合設(shè)備與技術(shù)為解決還原劑與煙氣混合不均勻的問題，可采用新型混合設(shè)備與技術(shù)，如新型靜態(tài)混合器和強化噴射混合技術(shù)，以增強混合效果。新型靜態(tài)混合器是一種高效的混合設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)獨特，由多個特殊形狀的混合元件組成。這些混合元件通常呈螺旋狀或葉片狀，按照一定的規(guī)律排列在混合器內(nèi)部。當(dāng)還原劑和煙氣通過靜態(tài)混合器時，混合元件會對流體產(chǎn)生強烈的擾動和分割作用。流體在混合元件的作用下，不斷改變流動方向和速度，形成復(fù)雜的湍流流場。這種湍流流場能夠使還原劑和煙氣充分接觸和混合，大大提高了混合的均勻性。與傳統(tǒng)的混合方式相比，新型靜態(tài)混合器無需外部動力驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，且混合效率高。在某電廠的實際應(yīng)用中，安裝新型靜態(tài)混合器后，還原劑與煙氣的混合不均勻度降低了30%以上，脫硝效率提高了15%左右。強化噴射混合技術(shù)則是通過改進噴槍的設(shè)計和噴射方式，來提高混合效果。該技術(shù)采用特殊設(shè)計的噴槍，如多孔噴槍或旋流噴槍。多孔噴槍在噴槍頭部設(shè)置多個噴孔，使還原劑以多個射流的形式噴入煙氣中。這些射流在煙氣中相互交叉、碰撞，形成強烈的擾動，促進了還原劑與煙氣的混合。旋流噴槍則是通過在噴槍內(nèi)部設(shè)置旋流裝置，使還原劑在噴出時形成旋轉(zhuǎn)射流。旋轉(zhuǎn)射流具有較大的切向速度和徑向速度，能夠更好地與煙氣混合。在噴射方式上，強化噴射混合技術(shù)采用脈沖噴射或分區(qū)噴射等方式。脈沖噴射是按照一定的時間間隔周期性地噴射還原劑，這種噴射方式能夠使還原劑在煙氣中形成脈沖式的分布，增加了還原劑與煙氣的接觸機會。分區(qū)噴射則是根據(jù)爐膛內(nèi)煙氣的流速、溫度等參數(shù)，將爐膛劃分為不同的區(qū)域，在不同區(qū)域采用不同的噴射參數(shù)。在煙氣流速較快的區(qū)域，增加噴槍的噴射壓力，使還原劑能夠更好地穿透煙氣，與煙氣充分混合。通過采用強化噴射混合技術(shù)，可有效提高還原劑與煙氣的混合效果，降低氨逃逸，提高脫硝效率。在一些實驗研究中，采用強化噴射混合技術(shù)后，氨逃逸降低了50%以上，脫硝效率提高了10%-20%。5.2.2優(yōu)化混合效果的原理分析新型混合設(shè)備和技術(shù)能夠增強還原劑與煙氣混合效果，主要基于以下原理：增加接觸面積：新型靜態(tài)混合器的混合元件和強化噴射混合技術(shù)的特殊噴槍設(shè)計，都能夠使還原劑在煙氣中分散得更加細小和均勻，從而增加了還原劑與煙氣的接觸面積。在新型靜態(tài)混合器中，混合元件對流體的擾動和分割作用，使還原劑被分散成微小的液滴或氣流，與煙氣充分接觸。在強化噴射混合技術(shù)中，多孔噴槍和旋流噴槍的使用，使還原劑以多個細小的射流或旋轉(zhuǎn)射流的形式噴入煙氣中，大大增加了還原劑與煙氣的接觸面積。當(dāng)還原劑與煙氣的接觸面積增大時，反應(yīng)速率加快，脫硝效率提高。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)原理，反應(yīng)速率與反應(yīng)物的接觸面積成正比。因此，增加接觸面積能夠有效提高脫硝效率。促進湍流混合：這些新型設(shè)備和技術(shù)都能夠促進流體的湍流混合。新型靜態(tài)混合器內(nèi)部的復(fù)雜流場和強化噴射混合技術(shù)中射流的相互作用，都能夠引發(fā)強烈的湍流。在湍流狀態(tài)下，流體的微團在各個方向上快速運動，使還原劑和煙氣之間的物質(zhì)交換和能量傳遞更加迅速。這種快速的物質(zhì)交換和能量傳遞能夠使還原劑與煙氣更加均勻地混合，提高混合效果。湍流還能夠增加分子的擴散速率，使還原劑和煙氣中的反應(yīng)物能夠更快地到達反應(yīng)界面，促進脫硝反應(yīng)的進行。優(yōu)化流動路徑：新型靜態(tài)混合器通過改變流體的流動路徑，使還原劑和煙氣在混合器內(nèi)多次折返、交叉，延長了混合時間。強化噴射混合技術(shù)的分區(qū)噴射方式，則根據(jù)煙氣的流動特性，優(yōu)化了還原劑的噴射位置和方向，使還原劑能夠更好地跟隨煙氣的流動，與煙氣充分混合。通過優(yōu)化流動路徑，能夠確保還原劑在整個煙氣中均勻分布，避免出現(xiàn)局部混合不均勻的問題，從而提高脫硝效率。5.3催化劑的改進與保護5.3.1新型催化劑研發(fā)與應(yīng)用針對流化床燃用低熱值劣質(zhì)煤的復(fù)雜工況，研發(fā)新型催化劑具有重要意義。目前，一些新型催化劑在活性、抗中毒能力和穩(wěn)定性等方面展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。例如，基于納米技術(shù)的催化劑，通過減小催化劑顆粒尺寸，增大比表面積，提高了活性位點的數(shù)量和利用率。相關(guān)研究表明，納米結(jié)構(gòu)的V?O?-TiO?催化劑在相同反應(yīng)條件下，其脫硝效率比傳統(tǒng)的微米級催化劑提高了15%-20%。這是因為納米級的顆粒能夠提供更多的活性位點，使NH?與NOx的反應(yīng)更充分。還有一些復(fù)合型催化劑，將多種活性成分進行復(fù)合，以增強催化劑的綜合性能。如將CeO?與V?O?-TiO?復(fù)合，制備出的Ce-V-Ti催化劑。CeO?具有良好的儲氧能力和氧化還原性能，能夠調(diào)節(jié)催化劑表面的氧物種濃度，促進反應(yīng)的進行。實驗結(jié)果顯示，Ce-V-Ti催化劑在抗硫中毒和抗堿金屬中毒方面表現(xiàn)出色。在含有較高濃度SO?和堿金屬的模擬煙氣中，該催化劑的活性保持率比傳統(tǒng)的V?O?-TiO?催化劑提高了30%以上，能夠在復(fù)雜的煙氣環(huán)境中穩(wěn)定運行，保持較高的脫硝效率。在實際應(yīng)用中，這些新型催化劑取得了良好的效果。在某電廠的流化床鍋爐中，采用納米結(jié)構(gòu)的催化劑后，在燃用低熱值劣質(zhì)煤時，脫硝效率穩(wěn)定在90%以上，且在連續(xù)運行6個月后，催化劑的活性僅下降了5%，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。在另一應(yīng)用案例中，使用復(fù)合型催化劑的鍋爐，即使在煤種變化較大的情況下，也能將NOx排放濃度穩(wěn)定控制在50mg/m3以下，滿足了嚴格的環(huán)保要求。5.3.2催化劑保護措施為防止催化劑中毒和磨損，延長其使用壽命，可采取一系列保護措施。在防止催化劑中毒方面，對煙氣進行預(yù)處理是關(guān)鍵。通過高效的除塵設(shè)備，如布袋除塵器、靜電除塵器等，可降低煙氣中的粉塵含量，減少粉塵對催化劑表面的覆蓋和堵塞。在某電廠的實際運行中，安裝高效布袋除塵器后，進入SCR反應(yīng)器的煙氣粉塵濃度從原來的100mg/m3降低到了20mg/m3以下，有效減少了粉塵對催化劑的影響。采用脫硫技術(shù)，如石灰石-石膏法脫硫，可降低煙氣中的SO?濃度，防止SO?與催化劑反應(yīng)生成硫酸鹽，導(dǎo)致催化劑中毒。在某脫硫改造項目中，采用石灰石-石膏法脫硫后，煙氣中的SO?濃度從1000mg/m3降低到了100mg/m3以下，顯著提高了催化劑的使用壽命。在運行管理方面，合理控制反應(yīng)溫度和空速至關(guān)重要。避免反應(yīng)溫度過高或過低，確保催化劑在最佳活性溫度范圍內(nèi)工作。當(dāng)反應(yīng)溫度超過催化劑的耐受溫度時，催化劑可能會發(fā)生燒結(jié)、失活等現(xiàn)象。因此，要通過調(diào)整燃燒工況、優(yōu)化受熱面布置等方式，精確控制反應(yīng)溫度。合理控制空速，避免空速過大導(dǎo)致催化劑與煙氣接觸時間過短，影響脫硝效率；同時也要防止空速過小，導(dǎo)致催化劑表面結(jié)垢和堵塞。在某電廠的運行中，通過優(yōu)化調(diào)整，將空速控制在3000h?1-4000h?1之間，使催化劑的脫硝效率和使用壽命都得到了保障。定期對催化劑進行檢查和維護，及時發(fā)現(xiàn)并處理催化劑的問題。對催化劑進行再生處理，可恢復(fù)其部分活性。對于因中毒而失活的催化劑，可采用化學(xué)清洗、熱處理等方法進行再生。在某催化劑再生項目中，通過化學(xué)清洗和熱處理，使失活催化劑的活性恢復(fù)了70%以上，延長了催化劑的使用壽命。5.4系統(tǒng)運行管理優(yōu)化5.4.1智能監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用智能監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)利用先進的傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析算法和人工智能技術(shù)，對SNCR-SCR系統(tǒng)進行全方位的實時監(jiān)控和故障診斷。在傳感器技術(shù)方面，采用高精度的溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等，實時采集系統(tǒng)中關(guān)鍵部位的運行參數(shù)。在SCR反應(yīng)器入口和出口安裝溫度傳感器，實時監(jiān)測煙氣溫度，以便及時調(diào)整燃燒工況，確保催化劑處于最佳工作溫度范圍。在還原劑噴射管道上安裝流量傳感器，精確監(jiān)測還原劑的噴射量，保證脫硝反應(yīng)的正常進行。數(shù)據(jù)分析算法是智能監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)的核心。通過數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)算法，對采集到的大量運行數(shù)據(jù)進行深度分析。利用聚類分析算法，對不同工況下的運行數(shù)據(jù)進行分類，找出數(shù)據(jù)之間的潛在規(guī)律。通過建立回歸模型，預(yù)測系統(tǒng)在不同工況下的性能指標(biāo)，如脫硝效率、氨逃逸量等。當(dāng)實際運行數(shù)據(jù)與預(yù)測值出現(xiàn)較大偏差時，系統(tǒng)能夠及時發(fā)出預(yù)警信號，