SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)在煤粉爐的應(yīng)用

仇云霞，王一東

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇　鹽城　224051）

SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)在煤粉爐的應(yīng)用

仇云霞，王一東

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇鹽城224051）

SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)是結(jié)合選擇性非催化還原法（SNCR）技術(shù)投資低、選擇性催化還原法（SCR）技術(shù)效率高的優(yōu)點(diǎn)，有效避免選擇性非催化還原法（SNCR）技術(shù)效率低、選擇性催化還原法（SCR）技術(shù)投資高等缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的一種脫硝工藝技術(shù)。通過(guò)某廠410t/h高溫高壓煤粉鍋爐脫硝項(xiàng)目案例，介紹了SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)。其中SNCR技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)包括用于確定噴射方案的計(jì)算流體動(dòng)力模擬技術(shù)（Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱CFD）。

脫硝；選擇性非催化還原法；選擇性催化還原法；煤粉鍋爐；流體動(dòng)力模擬技術(shù)

為滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的排放標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)石油吉林石化公司要求在鍋爐裝置的60％～100％鍋爐負(fù)荷工況范圍內(nèi)，入口NOx的濃度不高于350mg/Nm3（6％含氧量，干基標(biāo)態(tài)）的情況下，出口煙氣NOx的濃度不高于90mg/Nm3（6％含氧量，干基標(biāo)態(tài)），且氨逃逸不大于5ppm（6％含氧量，干基標(biāo)態(tài)）。

1　鍋爐概況

吉林石化公司動(dòng)力二廠配備的鍋爐型號(hào)為HG-410/9.8-YM15，該鍋爐采用四角切圓的燃燒方式、鋼球磨中儲(chǔ)倉(cāng)干燥劑送粉的制粉方式、螺旋撈渣機(jī)固態(tài)排渣方式，燃燒的煤質(zhì)為煙煤。SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝具有兩個(gè)反應(yīng)區(qū)，第一個(gè)反應(yīng)區(qū)位于爐膛上方28～33m之間（屏式過(guò)熱器中下部高度位置），此區(qū)間溫度為960℃左右（100％BMCR），完全滿足SNCR脫硝850℃～1100℃的溫度要求；第二個(gè)反應(yīng)區(qū)位于上級(jí)省煤器下方，此區(qū)間溫度為410℃左右（100％BMCR），也完全滿足SCR脫硝320℃～420℃的溫度要求。由于該鍋爐上級(jí)省煤器與上級(jí)空氣預(yù)熱器之間有4.5米的凈空間，完全可以通過(guò)改造和擴(kuò)展煙道來(lái)布置反應(yīng)所需的催化劑。

2　SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)機(jī)理

2.1聯(lián)合脫硝技術(shù)的原理

SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)不是將SNCR技術(shù)和SCR技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的疊加，而是一種結(jié)合SNCR投資省、SCR脫硝效率高技術(shù)特點(diǎn)的工藝。

SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝具有兩個(gè)反應(yīng)區(qū)，第一個(gè)反應(yīng)區(qū)間是通過(guò)布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)將氨水噴入爐膛，在高溫下，氨水與煙氣中的NOx在沒(méi)有催化劑參與的情況下發(fā)生還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)初步脫硝，然后未反應(yīng)的氨和下游通過(guò)噴氨格柵補(bǔ)噴的氨進(jìn)入第二個(gè)反應(yīng)區(qū)間，在有催化劑的情況下，將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退?。其主要反?yīng)方程式為：

2.2聯(lián)合脫硝技術(shù)的工藝流程（如圖1）

圖1　氨流程圖

1）將業(yè)主原有純度為99.6％的液氨通過(guò)管路輸送氨水制備器中配置成20％的氨水，通過(guò)裝置自身壓力，氨水進(jìn)入到氨水儲(chǔ)罐，當(dāng)儲(chǔ)罐達(dá)到指定液位時(shí)，制備裝置停止制備工作；2）氨水儲(chǔ)罐的氨水，經(jīng)高流量循環(huán)系統(tǒng)（HFD）送至爐前的稀釋計(jì)量模塊，回流的溶液經(jīng)過(guò)背壓閥組后自動(dòng)返回儲(chǔ)罐；3）稀釋計(jì)量模塊分為兩個(gè)功用區(qū)域：第一個(gè)功用區(qū)域?qū)?0％的氨水，在調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)的作用下自動(dòng)控制第一反應(yīng)區(qū)所需的氨水用量，通過(guò)變頻泵將稀釋水輸送到靜態(tài)混合器與20％氨水混合，混合后的5％的氨水輸送到分配模塊，經(jīng)分配模塊調(diào)節(jié)后送入噴射器；第二個(gè)功用區(qū)域?qū)?0％的氨水，在調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)的作用下自動(dòng)控制第二反應(yīng)區(qū)所需的氨水用量，通過(guò)噴槍噴入蒸發(fā)器，蒸發(fā)后的氨氣和水蒸汽進(jìn)入噴氨格柵。

2.3噴槍布置原則

（1）設(shè)計(jì)思路

1）選取鍋爐為計(jì)算對(duì)象，采用CFD計(jì)算軟件前置處理器Gambit對(duì)鍋爐進(jìn)行1︰1大小的三維建模和網(wǎng)格劃分；2）結(jié)合熱力匯總數(shù)據(jù)及爐型尺寸，在CFD計(jì)算軟件Fluent中合理設(shè)計(jì)模型及邊界條件，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型，燃燒模型采用Non-premixed combustion模型，采用P1輻射模型來(lái)計(jì)算輻射換熱量，得到爐內(nèi)流場(chǎng)溫度場(chǎng)結(jié)果將作為SNCR反應(yīng)的基礎(chǔ)環(huán)境；3）采用Discrete Phase Model離散形模型，將氨水設(shè)置為離散相；4）采用與實(shí)際噴槍霧化效果最為接近的空氣輔助霧化模型（Air-blast-atomizer）作為噴射方式，保證噴氨總量不變的條件下，通過(guò)調(diào)整噴射速度、霧化角度、霧化粒徑等參數(shù)對(duì)氨氣的混合效果進(jìn)行分析，得到最優(yōu)的噴射方案。

（2）模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)

爐內(nèi)煙氣速度分布見(jiàn)圖2，煙氣溫度分布見(jiàn)圖3，煙氣運(yùn)動(dòng)軌跡見(jiàn)圖4。

圖2　爐內(nèi)煙氣速度分布

圖3　爐內(nèi)煙氣溫度分布

圖4　爐內(nèi)煙氣運(yùn)動(dòng)軌跡

由圖2～圖4的模擬圖片可以看出爐內(nèi)煙氣流動(dòng)的大致范圍（3～7m/s）和運(yùn)動(dòng)軌跡，由于四角切圓燃燒方式的特殊性，會(huì)造成下游煙氣在上部爐膛成大范圍旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，這種流場(chǎng)將對(duì)噴入爐膛的氨水的運(yùn)動(dòng)軌跡造成影響。

下層噴槍噴射效果見(jiàn)圖5，上層噴槍噴射效果見(jiàn)圖6，兩層噴槍全開(kāi)時(shí)噴射效果見(jiàn)圖7。

圖5　下層噴槍噴射效果

圖6　上層噴槍噴射效果

圖7　兩層噴槍全開(kāi)時(shí)噴射效果（俯視圖）

由圖5～圖7的圖片可以看出氨水霧化的效果，圖中顏色（即氨水溶液）表示離散相運(yùn)行至當(dāng)前位置所經(jīng)歷的時(shí)間，氨水噴入后將在0.5s內(nèi)全部蒸發(fā)完。從運(yùn)動(dòng)軌跡上看，氨水蒸發(fā)前受到切圓燃燒產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)煙氣攜帶，兩層噴槍互補(bǔ)，將爐內(nèi)截面完全覆蓋。

（3）聯(lián)合脫硝技術(shù)特點(diǎn)

1）催化劑用量少，空間布置簡(jiǎn)單。該項(xiàng)目通過(guò)對(duì)鍋爐資料收集和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的分析，直接將催化劑置于上級(jí)省煤器與上級(jí)空氣預(yù)熱器之間的煙道內(nèi)，僅僅將煙道做了些修改就能滿足設(shè)計(jì)要求，降低投資成本。2）SO2轉(zhuǎn)化率低，引起的腐蝕和ABS阻塞問(wèn)題小。隨著催化劑用量的減少，SO2轉(zhuǎn)化為SO3的副反應(yīng)也減少。煙氣中SO3的含量較少，使得煙氣在酸露點(diǎn)形成的硫酸霧減少，對(duì)下游設(shè)備的腐蝕減少；同時(shí)形成NH4HSO4的量也減少，即堵塞的問(wèn)題也變小。3）系統(tǒng)阻力小，引風(fēng)機(jī)無(wú)需改造。由于在尾部煙道內(nèi)只增加了一層催化劑，增加的阻力小于400Pa，無(wú)需對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，減少投資，縮短工期。

3　存在的問(wèn)題及對(duì)策

（1）氨分布不均勻

在熱態(tài)調(diào)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，鍋爐蒸發(fā)量低時(shí)（246～300t/h），脫硝效率為35％～40％，尾部豎井氨逃逸取樣點(diǎn)的濃度都低于3.5ppm，滿足預(yù)期效果；當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量高時(shí)（250～410t/h），脫硝效率為35％～40％，尾部豎井后側(cè)氨逃逸取樣點(diǎn)的濃度低于3.5ppm，而尾部豎井前側(cè)氨逃逸取樣點(diǎn)的濃度達(dá)到30ppm，氨逃逸嚴(yán)重超標(biāo)。

解決措施：降低SNCR噴氨總量，在上級(jí)省煤器上方加裝噴氨格柵進(jìn)行補(bǔ)噴氨，優(yōu)化氨在尾部煙道的分布，提高脫硝效率，降低氨逃逸。

（2）噴射量的調(diào)整響應(yīng)滯后

在168h試運(yùn)行期間，由于采用前饋串級(jí)控制方式（兼顧脫硝效率與NOx出口濃度控制方式），出口NOx濃度波動(dòng)大，噴氨量與NOx濃度波動(dòng)響應(yīng)延遲接近3分鐘，導(dǎo)致出現(xiàn)出口NOx濃度短時(shí)間超標(biāo)的現(xiàn)象。

解決措施：采用動(dòng)態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，將入口煙氣NOx含量、出口煙氣NOx含量、煙氣入口溫度、入口煙氣氨氮摩爾比、出口煙氣NOx設(shè)定值寫入SA-RBF預(yù)測(cè)控制器，原PID控制作為干擾量，進(jìn)行干擾補(bǔ)償以提高對(duì)噴氨量的精確控制。

4　結(jié)語(yǔ)

SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)是一種適合發(fā)展中國(guó)家治理NOx的技術(shù)，無(wú)論是初期建設(shè)費(fèi)用還是后期運(yùn)行費(fèi)用，都與發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力薄弱這一特性相適應(yīng)。由于投資相對(duì)低廉、脫硝效率能滿足環(huán)保要求等特點(diǎn)，已被越來(lái)越多的客戶所接受；另外，由于SCR技術(shù)中SO2轉(zhuǎn)化而引起的下游設(shè)備腐蝕和ABS堵塞等問(wèn)題隨著時(shí)間的推移正在被放大，所以SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)將是未來(lái)一個(gè)備受關(guān)注的亮點(diǎn)技術(shù)。

Application of SNCR & SCR Combined Denitration Technology in Pulverized Coal Boiler

QIU Yun-xia，WANG Yi-dong

X701

A

1006-5377（2016）10-0063-03