對(duì)集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)的研究

劉德勝（大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司廣東分公司，廣東廣州510623）氣污染作為造成環(huán)境污染的重要因素之一，其形勢(shì)刻不容緩，已逐漸成為全球環(huán)境問題研究的重要課題。氮氧化物氣體是危害最大也是最難處理的大氣污染物之一，重要來源于燃煤過程。目前，我國(guó)煤炭資源的使用仍在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位，供電、供暖等行業(yè)對(duì)于燃煤的大量需求帶來的氮氧化物的產(chǎn)生使得我國(guó)大氣污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻，這就要求必須運(yùn)用科學(xué)合理的煙氣脫硝技術(shù)對(duì)燃煤所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行脫硝處理，從而防止氮氧化物帶來的大氣污染，從根本上實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境保護(hù)。本文主要針對(duì)集中鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)行了研究，闡述了集中鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)的內(nèi)涵，論述了集中鍋爐的煙氣脫硝中對(duì)鍋爐的改造，分析了集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)中SCR工藝技術(shù)的優(yōu)化，并提出了尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)，探討了其控制策略的開發(fā)。

　　據(jù)最新大氣環(huán)境調(diào)查報(bào)告顯示，我國(guó)大氣環(huán)境污染形勢(shì)刻不容緩，已成為威脅人民群眾正常生活的重要問題，迫切需要科學(xué)合理的措施對(duì)大氣污染進(jìn)行有效的控制和治理。氮氧化物是造成大氣污染的重要因素，主要來源于自然產(chǎn)生和人為排放。而人為排放的氮氧化物大部分由于火力發(fā)電站等工業(yè)燃料燃燒和機(jī)動(dòng)車尾氣排放所致。其中，工業(yè)燃料燃燒是主要來源。因此，必須采取有效的煙氣脫硝技術(shù)控制氮氧化物的排放，以緩解工業(yè)燃煤造成的大氣污染形勢(shì)。本文主要針對(duì)集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究和探討。

　　1集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)的內(nèi)涵集中供熱是我國(guó)目前城鎮(zhèn)現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在我國(guó)城鎮(zhèn)公共事業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。集中供熱方式是通過蒸汽或熱水作為熱力傳播的媒介和載體，通過熱網(wǎng)將一個(gè)或多個(gè)熱源的熱能提供給城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或其中某些區(qū)域的熱能用戶。而集體鍋爐供熱是通過建設(shè)集中鍋爐房的方式進(jìn)行熱能供應(yīng)，因其能夠有效減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點(diǎn)，集中供熱鍋爐已成為我國(guó)北方城鎮(zhèn)居民集中供熱采暖方式的核心發(fā)展趨勢(shì)。

　　集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用是為了適應(yīng)我國(guó)大氣污染減排力度加大的要求，而采取的將運(yùn)用于大型燃煤電廠的選擇性催化還原脫硝的成熟工藝技術(shù)應(yīng)用于集中供熱領(lǐng)域的方式。受自身特點(diǎn)的要求，在集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)的實(shí)施過程中，要解決SCR脫硝技術(shù)難以適應(yīng)集中供熱鍋爐負(fù)荷和爐溫頻繁變化、無(wú)法達(dá)到持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行效果等問題。集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)的有效實(shí)施對(duì)于集中供熱鍋爐房氮氧化物的減排有著重要的作用，是我國(guó)中小型工業(yè)鍋爐氮氧化物減排的可行性戰(zhàn)略之。

　　2集中供熱鍋爐煙氣脫硝中鍋爐的改造集中供熱鍋爐的改造是實(shí)現(xiàn)集中供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)有效實(shí)施的前提，只有改進(jìn)鍋爐的結(jié)構(gòu)和受熱面布置方式，才能保證SCR裝置系統(tǒng)入口煙氣溫度能夠滿足具體的工況要求，從而實(shí)現(xiàn)SCR裝置能夠處于連續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)。

　　鍋爐結(jié)構(gòu)調(diào)整的實(shí)施，要求必須對(duì)熱力進(jìn)行重新計(jì)算和研究，明確鍋爐的低負(fù)荷，并將其作為基本標(biāo)準(zhǔn)，保證SCR裝置在基本負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)的煙溫處于正常水平，從而使得脫硝入口的煙氣溫度處于脫硝溫度標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間之內(nèi)，既保證了脫硝的運(yùn)行，有保證了鍋爐的設(shè)計(jì)能力和熱效率。

　　3'集中供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)中SCR工藝技術(shù)的優(yōu)化為解決SCR脫硝技術(shù)的的簡(jiǎn)單移植到集中供熱鍋爐中存在的SCR脫硝技術(shù)難以適應(yīng)集中供熱鍋爐負(fù)荷和爐溫頻繁變化、無(wú)法達(dá)到持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行效果等問題，就必須對(duì)SCR工藝裝置進(jìn)行優(yōu)化，以保證SCR脫硝技術(shù)的順利實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)集中供熱鍋爐煙氣脫硝的目的。

　　SCR工藝技術(shù)的原理分析SCR工藝技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛也是效果最為明顯的煙氣脫硝技術(shù)，主要采用選擇性催化還原的方法來實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝。在具體實(shí)施中，煙氣中的氮氧化物在催化劑的作用下，將氮?dú)浠�物作為還原劑，從而使得氮氧化物被還原成為不會(huì)造成大氣污染的氮?dú)夂退�。在反�?yīng)中，還原劑有選擇性的與煙氣中殘留的氧氣發(fā)生了反應(yīng)。因此，SCR脫硝工藝技術(shù)被稱為選擇性催化還原法。

　　在催化劑的選擇上，也要注意催化劑的適當(dāng)。適當(dāng)?shù)拇呋瘎�將直接決定煙氣脫硝反應(yīng)有效進(jìn)行的溫度范圍，對(duì)于煙氣脫硝的效果有著很大的影響。

　　SCR脫硝工藝系統(tǒng)的物料平衡SCR工藝系統(tǒng)的物料平衡是SCR工藝技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化的可靠依據(jù)，要求模擬研究集中供熱鍋爐整個(gè)煙氣脫硝過程，在建立物料平衡、能量平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡虛擬工程平臺(tái)的基礎(chǔ)上，根據(jù)基本設(shè)計(jì)條件的要求，計(jì)算出裝置在不同負(fù)荷和工作狀況下的系統(tǒng)物料平衡和消耗狀況。

　　SCR裝置優(yōu)化與數(shù)值的模擬為保證集中供熱鍋爐煙氣脫銷的效率，要求煙氣中的氮氧化物和還原劑必須混合良好并保持速度的均勻，這對(duì)于保證催化劑體積選擇的經(jīng)濟(jì)和合適有著重要的意義。這就使得對(duì)各種負(fù)荷條件下的速度和氨分布的變化情況進(jìn)行分析顯得尤為重要。計(jì)算變負(fù)荷條件下流暢的數(shù)值能夠促進(jìn)煙道和導(dǎo)流葉片布置的優(yōu)化，從而使得設(shè)定的目標(biāo)能夠在任何工作狀況下都得以實(shí)現(xiàn)。

　　受SCR脫硝裝置一般都置于集中鍋爐之后，集中供熱鍋爐煙氣的溫度很高，以及SCR裝置反應(yīng)器自身特點(diǎn)的影響，脫硝過程對(duì)于速度、煙氣中的氮氧化物和還原劑的混合、溫度以及飛灰的負(fù)載分布要求都十分苛刻。因此，必須改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)SCR裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。因此，在繼承SCR反應(yīng)器及其連接煙道的設(shè)計(jì)及工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證、修改數(shù)值計(jì)算結(jié)果，建立科學(xué)合理的SCR裝置設(shè)計(jì)的理論和方法。其中，需要計(jì)算的主要內(nèi)容包括：（1運(yùn)用有限體積法計(jì)算數(shù)值模擬SCR反應(yīng)器及連接煙道，從而采取改進(jìn)煙道形狀、布置，增設(shè)導(dǎo)流葉片的措施。

　�。�2計(jì)算數(shù)值，獲取噴氨格柵上每一位置的開孔噴出的氨的流動(dòng)軌跡及遷徙規(guī)律，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整開孔位置及大小的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　�。�3在負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)不同的基礎(chǔ)上，分析不同工作狀況下的煙氣速度分布及氨擴(kuò)散規(guī)律。

　�。�4分析飛灰在SCR裝置中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而在理論上確定出可能發(fā)生積灰的位置，從而采取聲波吹灰、振打裝置和增設(shè)灰斗的工程改進(jìn)措施。

　　4尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)及其控制策略的開發(fā)快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)的開發(fā)是保證集中供熱鍋爐煙氣脫硝得以順利進(jìn)行的重要措施。尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)的應(yīng)用，是其關(guān)鍵舉措。尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)工藝流程：用脫鹽水將顆粒尿素溶解成40%~50%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶解泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)；尿素溶液經(jīng)尿素溶液循環(huán)泵、計(jì)量分配裝置進(jìn)入熱解反應(yīng)器內(nèi)，與經(jīng)稀釋風(fēng)機(jī)、電加熱器輸送過來的高溫空氣混合，尿素在溫度高時(shí)不穩(wěn)定，分解成NH3和HNCO.尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的控制是尿素噴射的控制基于機(jī)組負(fù)荷信號(hào)以及來自NOx分析儀或者CEMS系統(tǒng)的反饋。在熱解反應(yīng)器中的短時(shí)停留使SCR反應(yīng)劑的生產(chǎn)可以快速跟蹤負(fù)荷的變化，系統(tǒng)可以快速啟動(dòng)和關(guān)閉。

　　根據(jù)尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨脑�理和流��，制氨區(qū)系統(tǒng)包括固體顆粒尿素的存儲(chǔ)和卸料系統(tǒng)、尿素溶解和存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶液給料系統(tǒng)、尿素溶液熱解系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、排放處理系統(tǒng)。尿素?zé)峤庀到y(tǒng)包括高流量和輸送裝置、背壓控制閥、計(jì)量和分配裝置、熱解反應(yīng)器、稀釋風(fēng)機(jī)、稀釋風(fēng)電加熱系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等。整套系統(tǒng)均需要考慮到夏天防曬和冬天防凍的具體措施。

　　尿素?zé)峤庀到y(tǒng)使得快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)的開發(fā)得以實(shí)現(xiàn)，確保了脫硝效率穩(wěn)定以及氨出口逃逸率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在具體的控制實(shí)施中，進(jìn)出口NOx含量應(yīng)根據(jù)進(jìn)口2含量，折算為在6%2下的數(shù)據(jù)。比較尿素溶液流量需求信號(hào)送到PLC控制器并和真實(shí)尿素溶液流量的信號(hào)，所產(chǎn)生的誤差信號(hào)經(jīng)比例加積分動(dòng)作處理送噴槍前的尿素溶液流量控制閥進(jìn)行定位。通過此前饋過程保證控制系統(tǒng)能夠快速跟蹤鍋爐的負(fù)荷變化或入口NOx濃度的變化。同時(shí)要計(jì)算出修正的反饋信號(hào)并輸入在尿素溶液流量控制系統(tǒng)的程序上。

　　5結(jié)語(yǔ)BOT模式在我國(guó)高速公路建設(shè)應(yīng)用中的問題與對(duì)策研究楊小巖趙明責(zé)（三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北宜昌443002運(yùn)營(yíng)環(huán)境問題，也曝露出很多的缺陷和不足。本文從參與主體的行為規(guī)制，從政策法制、政府管理和金融風(fēng)險(xiǎn)等角度，對(duì)問題表現(xiàn)進(jìn)行分析，并對(duì)BOT模式在我國(guó)規(guī)范發(fā)展提出了對(duì)策和建議。

　　我國(guó)城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，使交通運(yùn)輸業(yè)成為我國(guó)區(qū)域產(chǎn)業(yè)流動(dòng)的重要產(chǎn)業(yè)，與此密切相聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)也快速發(fā)展，這在高速公路的發(fā)展上尤其明顯。高速公路建設(shè)不斷擴(kuò)大的規(guī)模更加體現(xiàn)了政府單一投資的資金缺乏。實(shí)踐證明，BOT籌資模式對(duì)于解決高速公路建設(shè)資金短缺問題起到了積極的作用，是高效利用民間資本和外資的有效方式。對(duì)政府而言，BOT模式減輕了政府的巨大投資和財(cái)政壓力，加快了項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度和速度。BOT模式對(duì)資金投資方也是一種良好的投資渠道。由于我國(guó)BOT高速公路建設(shè)項(xiàng)目在我國(guó)應(yīng)用的時(shí)間不久，各種相關(guān)的配套法律法規(guī)還不完善，實(shí)際運(yùn)作過程中也存在很多問題，加上BOT模式還存在參與者眾多、牽涉合同類型廣泛等特點(diǎn)，開展對(duì)BOT模式的應(yīng)用分析，推動(dòng)其在我國(guó)高速公路建設(shè)中的規(guī)范應(yīng)用已顯得非常關(guān)鍵1BOT°模式在我國(guó)高速公路建設(shè)中的問題BOT模式在我國(guó)高速公路建設(shè)中的因?yàn)閰⑴c主體的行為失范，問題的出現(xiàn)導(dǎo)致BOT模式應(yīng)用效率降低。出現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)在政策法制不健全、政府管理行為失范和金融風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)缺失等方面。

　　與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)因?yàn)橐�入BOT模式的時(shí)間較短，大規(guī)模的高速公路建設(shè)起步時(shí)間也不長(zhǎng)，因此BOT模式在高速公路建設(shè)中相關(guān)的法律法規(guī)并未正式出臺(tái)，制度化運(yùn)作欠缺下，只能是以地方政府的文件或政策為管理依據(jù)，存在很大的靈活性和隨意性，因?yàn)閲?guó)家法律體制的不規(guī)范或不健全，產(chǎn)生了影響B(tài)OT模式有效運(yùn)營(yíng)的一些問題。

　　首先，缺乏全國(guó)或者行業(yè)性統(tǒng)一適用的法律法規(guī)。因?yàn)閲?guó)家相關(guān)部門沒有制定在全國(guó)范圍內(nèi)高速公路建設(shè)中的BOT模式相關(guān)的法律規(guī)范，導(dǎo)致不同地方政府在政府文件或政策的制定和選擇上存在很大的隨意性，伴隨著利益的博弈，就會(huì)導(dǎo)致這些文件存在沖突，使BOT模式的參與方難以統(tǒng)一行為，只能是根據(jù)不同的政策文件采取相應(yīng)的行為選擇，嚴(yán)重影響B(tài)OT模式的統(tǒng)一適用性，降低了該模式的效率。過分的地方化，也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)尋租的可能，使些參與主體追求不當(dāng)利益影響政府行為，產(chǎn)生腐敗現(xiàn)象。

　　其次，現(xiàn)有BOT模式的相關(guān)政府規(guī)章或制度，缺乏程序性規(guī)定。盡管我國(guó)不少地方政府或不少行業(yè)主管部門，針對(duì)于高速公路建設(shè)出臺(tái)了一些融資或特許經(jīng)營(yíng)管理的規(guī)章制度和政策性文件，但是大多只規(guī)定相關(guān)主體和相關(guān)行為規(guī)范，趨向于實(shí)體規(guī)定，缺乏程序性規(guī)定，導(dǎo)致大量的規(guī)章制度缺乏實(shí)際操作性。例如，很多項(xiàng)目在開始運(yùn)作以后，更加注重風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避和利益的分配，對(duì)于如何分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)什么原則采取什么程序，以及利益分配的程序和具體的爭(zhēng)議解決流程都未有明確的操作設(shè)計(jì)。

　　再次，對(duì)于BOT模式面臨的風(fēng)險(xiǎn)缺乏法律上的保護(hù)機(jī)制。我國(guó)政府相關(guān)法律性文件和制度，往往在于吸引或引導(dǎo)BOT模式的發(fā)展和應(yīng)用，過于重視其積極的一面，對(duì)于BOT模式所面臨的風(fēng)險(xiǎn)缺乏有效的保護(hù)機(jī)制。高速公路BOT模式可能面臨不同的風(fēng)險(xiǎn)，如政治風(fēng)險(xiǎn)，表現(xiàn)為政府信用、政策壁壘；金融風(fēng)險(xiǎn)，表現(xiàn)為匯率風(fēng)險(xiǎn)、利率風(fēng)險(xiǎn)，除此之外還包括環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)、不可抗力風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)等。對(duì)于面臨風(fēng)險(xiǎn)或出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)以后，如何解決政府、投資商以及其他利益相關(guān)者之間的糾紛，我國(guó)現(xiàn)在的法律規(guī)范中沒有針對(duì)性的規(guī)定。對(duì)于外商到我國(guó)參與風(fēng)險(xiǎn)以及我國(guó)投資者到國(guó)外參與風(fēng)險(xiǎn)也沒有處理和解決的方法途徑。

　　在BOT模，代表公共利益的政府承擔(dān)著公共責(zé)任，必須對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)承擔(dān)監(jiān)督和管理責(zé)任，實(shí)現(xiàn)公共利益最大化是政府的唯一目標(biāo)。理性的角色設(shè)置和現(xiàn)實(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)失靈，往往導(dǎo)致在具體操作中，政府的職能發(fā)揮出現(xiàn)缺位，在監(jiān)管機(jī)制沒有有效建立的情況下，政府對(duì)高速公路建設(shè)中的監(jiān)管效率低下。

　　首先，存在政出多門、多頭監(jiān)管的情況。根據(jù)我國(guó)公路法以及收費(fèi)公路管理?xiàng)l例等法律規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的政府管理機(jī)構(gòu)主要是中央政府的交通部和其相關(guān)部門以及各省、自治區(qū)、直轄市人民政府的交通主管部門，這主要集中在交通行業(yè)部門。運(yùn)營(yíng)必須涉及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的確定，這方面主要涉及政府的物價(jià)部門和財(cái)政部門。因此，對(duì)于高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的管理權(quán)限擴(kuò)展到三個(gè)以上的部門，多方監(jiān)管容易出現(xiàn)政府失敗的現(xiàn)象。一方面，各個(gè)部門的政策難以有效協(xié)調(diào)，導(dǎo)致管理效率低下，另外一方面，因?yàn)椴块T利益的存在，會(huì)出現(xiàn)利益博弈，趨利政策出現(xiàn)管理扎堆，不利問題則相互推倭。

　　其次，政府管理部門扮演多重角色，職能定位不清。交通部門在管理中承擔(dān)主要作用，根據(jù)BOT模式的運(yùn)作流程，交通部門是BOT模式運(yùn)作機(jī)制的設(shè)計(jì)者和政策的制定者，并承擔(dān)監(jiān)督和執(zhí)行的功能。同時(shí)，交通部門因?yàn)槠涔�共屬��，最終將代表政府經(jīng)營(yíng)高速公路并代表政府履行最終所有權(quán)的相關(guān)功能。因此，部分政府部門的多重利益身份，容易導(dǎo)致政府腐敗和國(guó)有資產(chǎn)的流失。

　　再次，政府機(jī)構(gòu)臃腫和人員膨脹也是影響B(tài)OT模式高效運(yùn)作的誘因。我國(guó)政府部門，尤其交通部門的人員總量過多，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)重復(fù)設(shè)置，部門成本過高。為了緩解過高的政府行政成本，不同的政府部門會(huì)根據(jù)自身利益進(jìn)行行為選擇，通過單位的博弈，導(dǎo)致高速公路建設(shè)被人為的建設(shè)分割，不同的企業(yè)參與不同的路段，各自經(jīng)營(yíng)。過高的收費(fèi)影響了整體效益，也嚴(yán)重影響了公共利益。

　　集中供熱鍋爐是我國(guó)工業(yè)行業(yè)的重要組成部分，其應(yīng)用對(duì)于滿足我國(guó)城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等熱能用戶的采暖有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。集體供熱鍋爐的使用給人民生活帶來了便利，但大氣環(huán)境保護(hù)社會(huì)必然趨勢(shì)也對(duì)集體供熱鍋爐的煙氣脫硝技術(shù)提出來看更高的要求。受自身特點(diǎn)的影響，SCR脫硝工藝技術(shù)在集體供熱鍋爐煙氣脫硝中的應(yīng)用遇到了很多問題，這就使得集體供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)優(yōu)化成為了集體供熱鍋爐煙氣脫硝研究的重要內(nèi)容。只有對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)改造，保證物料和熱量平衡，實(shí)施合理的SCR脫硝裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)，快速跟蹤負(fù)荷變化的還原劑制備及控制調(diào)節(jié)技術(shù)的開發(fā)使得在入口條件快速變化，才能從根本上保證集體供熱鍋爐煙氣脫硝技術(shù)的順利實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)集體供熱鍋爐煙氣污染的有效控制。