CFB鍋爐脫銷改造技術(shù)探討

殷濤濤

中石化股份有限公司天津分公司熱電部 天津 300000

摘要：氮氧化物是空氣污染物的重要組成部分，如何處理工業(yè)廢氣中的的氮氧化物是當(dāng)前的一大熱點(diǎn)話題。當(dāng)前科技日新月異脫硝技術(shù)已日漸成熟，本文就天津石化熱電廠循環(huán)流化床鍋爐和煤粉爐煙氣脫硝工程為例，介紹了選擇性非催化還原法（SNCR）技術(shù)和選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)的原理，針對(duì)該工程在建設(shè)中和試投運(yùn)后出現(xiàn)的問題，展開討論并提出解決建議。

關(guān)鍵詞：煙氣脫銷；NOx；SNCR；SCR

一、熱電廠鍋爐概況

1、中國石化天津分公司熱電部現(xiàn)有 9臺(tái)鍋爐，擔(dān)負(fù)著為現(xiàn)有化工裝置提供穩(wěn)定、可靠的電力和蒸汽供應(yīng)的任務(wù)。熱電部鍋爐煙氣脫硫、脫硝改造項(xiàng)目涉及到#3、#4、#6、#7、#8、#9、#10共 7 臺(tái)鍋爐，3#、4#鍋爐為出力 220t/h 的煤粉爐，該兩臺(tái)鍋爐作為一個(gè)脫硝單元考慮，采用 SCR 的脫硝工藝。#6、#7鍋爐為出力 410t/h 的煤粉爐，該兩臺(tái)鍋爐作為一個(gè)脫硝單元考慮，采用 SCR 的脫硝工藝。#8～#10鍋爐為出力465t/h的循環(huán)流化床鍋爐，該三臺(tái)鍋爐作為一個(gè)脫硝單元來考慮，采用 SNCR+O3氧化的組合工藝。目前，#3、#4、#6、#7鍋爐最大工況下煙氣中NOx濃度為550 mg/Nm3，#8、#9、#10鍋爐最大工況下煙氣中 NOx濃度為 400 mg/Nm3。7 臺(tái)鍋爐外排煙氣中的 NOx排放濃度均超出了環(huán)保限值要求。鑒于上述原因，所以中國石化天津分公司決定對(duì)該 7 臺(tái)鍋爐進(jìn)行環(huán)保治理，即對(duì) #3、#4鍋爐，#6、#7鍋爐，#8、#9、#10鍋爐進(jìn)行脫硝改造。

2、該項(xiàng)目實(shí)施后，#3、#4煤粉爐煙氣中NOx 排放量可由2085.6噸/年減少到341.3 噸/年，使裝置NOx 排放濃度由550mg/Nm3（設(shè)計(jì)值）降低到90mg/Nm3 以下，每年共計(jì)可減排NOx1744.3 噸。#6、#7煤粉爐煙氣中NOx 排放量可由3876.8 噸/年減少到634.4 噸/年，使裝置NOx 排放濃度由550mg/Nm3（設(shè)計(jì)值）降低到90mg/Nm3 以下。每年共計(jì)可減排NOx3242.4 噸。#8～# 10CFB 鍋爐NOx 排放量可由3967.9 噸/年減少到892.8 噸/年，使鍋爐煙氣中的NOx 排放濃度由400mg/Nm3（設(shè)計(jì)值）降低到90mg/Nm3 以下，每年共計(jì)可減排NOx3075.1 噸。因此，本項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)天津分公司7 臺(tái)鍋爐完成污染物減排、責(zé)任目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)創(chuàng)新、環(huán)保、友好型企業(yè)具有重要意義。

二、熱電廠鍋爐改造原理

1、SCR工藝原理

本項(xiàng)目以尿素為原料，采用尿素水解方式制取氨，作為氨法SCR 煙氣脫硝還原劑。

（1）尿素水解制氨

尿素轉(zhuǎn)氨制備技術(shù)日漸成熟，且因尿素在運(yùn)輸、儲(chǔ)存中無需安全及危險(xiǎn)性的考慮，從1999年開始，尿素逐漸用于SCR系統(tǒng)的還原劑制備。尿素水解和熱解均為成熟的工藝，在世界上有大量的應(yīng)用。

尿素在溫度高于150℃時(shí)不穩(wěn)定，會(huì)分解成NH3和HNCO，HNCO繼續(xù)與水反應(yīng)生成NH3和CO2，該反應(yīng)過程如下圖所示。當(dāng)反應(yīng)條件不夠強(qiáng)烈時(shí)，由于C-N鍵的鍵能高于N-H鍵，部分N-H鍵先于C-N鍵斷裂，這些斷裂的分子體容易重新連接形成大分子聚合物。

（2）氨法SCR催化還原脫硝

氨法選擇性催化還原脫硝技術(shù)原理簡介：在催化劑作用下，反應(yīng)溫度300℃～420℃，NH3 與NOx 發(fā)生催化還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為N2 和H2O。

主要反應(yīng)式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O+1624 kJ；8NH3+6NO2→7N2+12H2O+2763.3 kJ

主要副反應(yīng)式如下：

2SO2+O2→ 2SO3；2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4；NH3+SO3+H2O→ NH4HSO4。

SCR 催化反應(yīng)機(jī)理：當(dāng)煙氣通過催化劑床層時(shí)，NOx、O2 和還原劑氣體自煙氣擴(kuò)散到催化劑外表面，再進(jìn)一步向催化劑中的微孔表面擴(kuò)散；還原劑氣體被催化劑表面活性中心吸附，然后與氣相中的NOx 和O2 反應(yīng)生成N2 和H2O；N2 和H2O 從催化劑表面上脫附到微孔內(nèi)，再由微孔內(nèi)向外擴(kuò)散到催化劑的外表面，最后N2 和H2O 從催化劑的外表面擴(kuò)散到主流氣體中被帶走。在反應(yīng)過程中，NH3 選擇性地和NOx 反應(yīng)生成N2 和H2O，而不被O2 氧化，因此反應(yīng)稱為“選擇性催化還原技術(shù)（SCR）。SCR 脫硝技術(shù)中常用還原劑有尿素、液氨和氨水。本項(xiàng)目以氨為還原劑，以尿素水解制得。

2、SNCR工藝原理

選擇性非催化還原法（SNCR）技術(shù)是一種不用催化劑，在850℃～1250℃范圍內(nèi)還原NOx的方法，還原劑常用氨或尿素。該方法是把含有NHx基的還原劑噴入爐膛溫度為850℃～1100℃的區(qū)域后，迅速熱分解成NH3和其他副產(chǎn)物，隨后NH3與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)而生成N2。尿素為還原劑：2NO+CO（NH2）2+ 1/2O2→2N2+CO2+2H2O

三、SNCR改造完成后所遇到問題

SNCR脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，由于氨逃逸儀表尚未安裝，因此在不考慮氨逃逸的情況下，NOx排放值基本可以控制在100mg/Nm3以內(nèi)，能滿足設(shè)計(jì)要求。但是SNCR投運(yùn)后，也對(duì)鍋爐的效率、風(fēng)機(jī)單耗等指標(biāo)造成了一定影響。由下表一（2013年7月份二電站指標(biāo)）與表二（2014年7月份二電站指標(biāo)）對(duì)比可以看出：

在SNCR系統(tǒng)投運(yùn)后，與2013年7月相比較，2014年7月份的排煙溫度和排煙溫差都有了明顯升高，這是由于尿素與煙氣中的SO3反應(yīng)生產(chǎn)的NH4HSO4在空氣預(yù)熱器段會(huì)粘附在空預(yù)期管壁上，影響了煙道的換熱，造成了排煙溫度上升。為了降低排煙溫度，鍋爐車間加強(qiáng)煙道吹灰，由原來的每天一次改為了每天兩次吹灰，自用汽量明顯增加，同時(shí)由于尿素溶液的噴入和吹灰的加強(qiáng)，造成煙氣量增大，因此鍋爐風(fēng)機(jī)單耗也略有提升，同比提升了0.6kwh/h。鍋爐效率也由原來的93.54%降低為93.15%，降低了0.39%。

四、針對(duì)脫銷改造遇到的問題所提意見

（1）稀釋計(jì)量模塊的尿素溶液電動(dòng)調(diào)整門靈敏度不夠，尤其是#9爐，靈敏度在4%以上，嚴(yán)重影響NOX穩(wěn)定運(yùn)行調(diào)整。

建議：更換該電動(dòng)調(diào)整門

（2）NOX自動(dòng)調(diào)整程序效果不佳。

建議：優(yōu)化NOX自動(dòng)控制。

（3）由于前期伴熱管道不夠，到目前伴熱系統(tǒng)仍未完工，隨著天氣變涼，缺少伴熱和保溫的尿素管線存在結(jié)晶的危險(xiǎn)，有可能造成脫硝系統(tǒng)管道嚴(yán)重堵塞的事故。

建議：盡快完成伴熱系統(tǒng)的施工。

（4）SNCR系統(tǒng)噴槍巡檢平臺(tái)尚未完工，不利于設(shè)備巡檢。

建議：盡快完善巡檢平臺(tái)。

（5）CEMS氨逃逸表計(jì)尚未安裝，運(yùn)行人員不能很好的調(diào)整尿素溶液噴入量。運(yùn)行近兩個(gè)月來，各爐的排煙溫度明顯上升，鍋爐吹灰力度加大，鍋爐效率降低，風(fēng)機(jī)單耗增大。

建議：盡快安裝氨逃逸表計(jì)指導(dǎo)運(yùn)行人員調(diào)整。

（6）尿素溶液與爐內(nèi)SO3反應(yīng)生成NH4HSO4，在空預(yù)器段粘結(jié)在空預(yù)器管道上，造成管道腐蝕和堵塞，存在極大安全隱患。

建議：加大吹灰力度，停爐及時(shí)檢查清理，同時(shí)控制氨逃逸量，避免噴入過多的尿素。

（7）爐側(cè)CEMS與脫硫塔出口CEMS測(cè)量值偏差較大，不利于運(yùn)行人員監(jiān)視調(diào)整。

建議：盡快完成爐側(cè)CEMS的標(biāo)定。

（8）尿素制備區(qū)溶解罐、儲(chǔ)罐等容器保溫尚未完成。

建議：盡快完善系統(tǒng)保溫。

五、結(jié)論

通過上訴討論，就目前熱電廠已經(jīng)改好的循環(huán)流化床鍋爐脫銷效果已經(jīng)滿足國家規(guī)定的排放要求，但還有部分缺陷需要整改完善。煤粉爐脫銷改造完成后，根據(jù)實(shí)際脫銷效果再進(jìn)行分析。