SNCR煙氣脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用

王靜靜，楊吉賀

(棗莊礦業(yè)集團(tuán)蔣莊美源熱電廠，山東棗莊277519)

SNCR煙氣脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用

王靜靜，楊吉賀

(棗莊礦業(yè)集團(tuán)蔣莊美源熱電廠，山東棗莊277519)

詳細(xì)介紹了選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)的原理、工藝流程及影響因素。簡要分析了SNCR技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐(CFB)中的應(yīng)用優(yōu)勢，結(jié)合SNCR在美源熱電廠的應(yīng)用改造工程案例，驗(yàn)證了SNCR技術(shù)在CFB上的脫硝性能。

選擇性非催化還原;工藝流程;CFB;脫硝

0 引言

隨著環(huán)境污染給人類帶來的問題越來越嚴(yán)重，人們的環(huán)境保護(hù)意識日益增強(qiáng)，國家針對環(huán)境保護(hù)的法規(guī)不斷健全，對火力發(fā)電站NOx排放的控制越來越嚴(yán)格［1］。新的《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)規(guī)定循環(huán)流化床(CFB)鍋爐NOx排放濃度限值為200mg/m3。選擇性非催化還原(SNCR)脫硝工藝以其成本低、設(shè)施簡單、占地面積小的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于老電廠脫硝改造中，CFB鍋爐爐膛尺寸較小、內(nèi)部流場簡單、煙氣溫度在850～1250℃之間，是SNCR理想工作的場所。應(yīng)用SNCR脫硝工藝CFB鍋爐煙氣NOx排放濃度易于達(dá)到環(huán)保要求的200mg/m3的限制［2－3］。

1 SNCR工藝概述

1.1 脫硝技術(shù)原理

選擇性非催化還原(Selective Non－Catalytic Reduction，簡稱SNCR)原理是:在無催化劑的作用下，將含氮的藥劑(尿素、氨水、氨氣等還原劑)噴入爐膛溫度區(qū)域?yàn)?50～1250℃的含的氣體中，還原劑自身先迅速的熱分解出NH3，并與煙氣中的NOx進(jìn)行選擇性氧化還原反應(yīng)，生成無害的N2和H2O的脫硝工藝。

1.2 脫硝工藝流程

選用氨水作為還原劑，整個(gè)SNCR脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含氨儲(chǔ)罐模塊、儲(chǔ)罐加注模塊、氨輸送模塊、軟水輸送模塊、氨水軟水稀釋模塊、氨噴射模塊、控制單元模塊等7個(gè)模塊。

1.3 影響因素分析

(1)反應(yīng)溫度窗口。試驗(yàn)結(jié)果表明，SNCR還原NOx的反應(yīng)對于溫度條件非常敏感，溫度窗口的選擇是SNCR還原NOx效率高低的關(guān)鍵。一般認(rèn)為理想的溫度范圍為850℃～1250℃，溫度高，還原劑被氧化成NOx，煙氣中的NOx含量不減少反而增加;在溫度低的情況下，還原劑反應(yīng)不充分，造成流失從而造成新的污染。由于爐內(nèi)的溫度分布受到煤種、負(fù)荷等多種因素的影響，溫度窗口隨著鍋爐負(fù)荷的變化而變動(dòng)。根據(jù)鍋爐性能和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，最佳的溫度窗口一般出現(xiàn)在折焰角附近的屏式過，對于CFB型鍋爐，可將還原劑的噴射器布置在爐膛與分離器之間的水平煙道上。

(2)合適的停留時(shí)間。還原劑必須與NOx在合適的溫度區(qū)域內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，這樣才能保證煙氣中的NOx的還原率。還原劑在最佳溫度窗口的停留時(shí)間越長，則脫除NOx的效果越好。NH3的停留時(shí)間超過1s，則可以出現(xiàn)最佳脫除效率。尿素和氨水需要0.3～0.5s的停留時(shí)間以達(dá)到有效的脫除NOx效果。

(3)NH3/NO摩爾比。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示，NH3/NO摩爾比一般控制在1.0～2.0之間，超過2.5對NOx還原率已無大的影響。NH3/NO摩爾比過大，雖然有利于NOx還原率增大，但NH3逃逸加大又會(huì)造成新的問題，同時(shí)還增加了運(yùn)行費(fèi)用。

(4)還原劑與煙氣的充分混合。這是保證充分反應(yīng)的技術(shù)關(guān)鍵，是保證在適當(dāng)?shù)腘H3/NO摩爾比得到較高的NOx還原率的基本條件之一。大量研究表明，煙氣與還原劑快速而良好混合對于改善NOx的還原率是很必要的。

(5)其他因素。如氧含量也是影響SNCR還原反映的一個(gè)重要原因。無O2條件下，NOx還原效率很低;當(dāng)O2濃度從2%增加到4%時(shí)，還原NOx的量不隨其變化［4］;隨著O2濃度進(jìn)一步增加，脫硝效率反而下降。實(shí)際中為了提高脫硝效率，降低溫度窗口，可投入H2、CO、CH4等添加劑［5］。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 CFB應(yīng)用SNCR技術(shù)的優(yōu)勢

循環(huán)硫化床鍋爐是一種具有低氮燃燒效率的鍋爐，NOx排放濃度低。CFB自旋風(fēng)分離器入口到鍋爐高溫過熱器入間，煙氣溫度基本不變，一直處于SNCR最佳反應(yīng)溫度窗口，而煙氣在該段行程內(nèi)的停留時(shí)間在2s以上，SNCR的脫硝效率較高。

2.2 SNCR技術(shù)在CFB上的應(yīng)用實(shí)例

美源熱電廠現(xiàn)有2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐，進(jìn)行脫硝改造之前，NOx排放濃度約為500mg/m3，改造后NOx排放濃度低于200mg/m3。本項(xiàng)目選用SNCR技術(shù)使用氨水為還原劑，將其在溫度區(qū)域?yàn)?50～1250℃的條件下噴入含NOx的氣體中，發(fā)生還原反應(yīng)，脫除NOx，生成氮?dú)夂退?/p>

2.3 關(guān)鍵技術(shù)說明

2.3.1 爐前噴射系統(tǒng)

常規(guī)噴槍布置的位置一般布置在旋風(fēng)分離器的入口，在此處溫度為850～1250℃左右，由于我廠是煤泥摻燒，煤泥從鍋爐上部噴入，一般要到旋風(fēng)筒內(nèi)進(jìn)行燃燒，故鍋爐出口溫度偏高，NOx初始值偏高。經(jīng)過CFD模擬，決定在每只旋風(fēng)筒出口在布置3只噴槍，與旋風(fēng)筒入口處的噴槍組成兩路氨水管道，設(shè)置兩個(gè)電動(dòng)球閥進(jìn)行切換。運(yùn)行時(shí)，如果摻燒煤泥可只投運(yùn)噴射旋風(fēng)筒出口的噴槍或者兩路噴槍全部投運(yùn)，如果不摻燒煤泥可投運(yùn)旋風(fēng)筒入口的噴槍。

2.3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

本控制系統(tǒng)采用脫硝裝置的就地控制和程序控制相結(jié)合。軟硬件采用面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)，共分三層:一層是現(xiàn)場溫度、液位、流量等傳感器及閥門執(zhí)行機(jī)器;二層是現(xiàn)場設(shè)備層;三層是人機(jī)交互界面。DCS系統(tǒng)主要功能根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的模擬量、數(shù)字量信號順序控制、顯示、報(bào)警，實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。

2.3.3 氨逃逸率控制

非SNCR反應(yīng)區(qū)的氨逃逸的增加會(huì)造成氨氧化生成NOx，導(dǎo)致最終的排煙NOx上升，脫硝效率下降。本工程采用以下措施控制氨逃逸率:

(1)在噴氨的位置上選擇在旋風(fēng)分離器的入口，可獲得最長的氨停留時(shí)間和最好的混合效果。

(2)氨水輸送系統(tǒng)采用單元制的在線混合系統(tǒng)，DCS根據(jù)每個(gè)機(jī)組的負(fù)荷和入口NOx濃度可以在線調(diào)節(jié)噴氨量和噴氨濃度，保證最少的氨逃逸。

(3)氨水供給系統(tǒng)采用變頻計(jì)量泵，可以連續(xù)、準(zhǔn)確地調(diào)整氨水供給量。

3 結(jié)語

SNCR煙氣脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用可以獲得65%以上的脫硝效率，煙氣中NOx排放濃度滿足國家對電力行業(yè)NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。SNCR技術(shù)以其還原劑多樣易得、無二次污染、系統(tǒng)簡單施工時(shí)間短等的優(yōu)勢，在循環(huán)流化床鍋爐上具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］孫錦余.某電廠125MW機(jī)組選擇性非催化還原脫硝試驗(yàn)探討［J］.廣東電力，2009，22(2):45－48.

［2］馬瑞，徐有.SNCR法脫硝在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用［J］.沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，9(1):47－49.

［3］王岳軍，劉學(xué)炎.SNCR脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床中的應(yīng)用［J］.環(huán)境工程，2013，31(1):59－62.

［4］張彥文，蔡寧生，李振山.加CH4促進(jìn)SNCR過程的計(jì)算與機(jī)理分析［J］.熱力發(fā)電，2005，(12):9－19.

［5］曾德醒.SNCR脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用［J］.科技與生活，2010，(20):119.

Application of SNCR flue gas denitrification technology on a Circulating Fluidized Bed boiler

It describes the denitrificaation principles，process and influencing factors of Selective Non－Catalytic Reduction(SNCR)technology.Combined SNCR application case in the transformation of US－source thermal power plant，the advantage of SNCR technology applied on the Circulating Fluidized Bed boiler is analyzed briefly.It verifyed the performance of SNCR technology on the CFB boiler.

Selective Non－Catalytic Reduction;CFB;denitration

X701.7

B

1674－8069(2015)01－041－02

2014-09-21

2014-11-24

王靜靜(1986-)，女，山東滕州市人，從事熱電廠電氣運(yùn)行工作。E－mail:tz_zc2011@163.com