淺談SNCR脫硝系統(tǒng)用雙霧化噴槍設(shè)計(jì)

秦光耀++蘭增林

摘 要：SNCR脫硝系統(tǒng)憑借建設(shè)成本、工藝、效率等多方面優(yōu)勢特別適合循環(huán)流化床鍋爐脫硝改造。傳統(tǒng)的的噴槍多數(shù)采用還原劑（如尿素溶液或氨水）和空氣直接混合后射入鍋爐，液體和氣體二者相互影響，混合后霧化后并不好，控制與調(diào)節(jié)困難、脫硝效果不佳；若采用經(jīng)過設(shè)計(jì)改良的雙霧化噴槍，則混合均勻、霧化效果好，易于調(diào)節(jié)和控制，脫硝效果好。對此，本文提出了噴槍設(shè)計(jì)的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：脫硝系統(tǒng)；雙霧化噴槍；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.196

0 引言

煤炭目前依然是我國主要能源，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭的利用和開發(fā)已經(jīng)對環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，每年秋冬季節(jié)北方的霧霾就是例子，燃煤電廠的鍋爐作為用煤大戶，所排放的氮氧化物，必須受到嚴(yán)格的控制。隨著國家標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2011的實(shí)施，大部分已建和新建的燃煤發(fā)電鍋爐的NOx都無法達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須選擇合適的煙氣脫硝裝置進(jìn)行脫硝處理。減少NOx的方法主要在NOx 生成和脫除兩個(gè)方面下功夫。已生成的NOx脫除目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工程化的主要有SCR和SNCR兩種工藝。相比SCR系統(tǒng)，SNCR系統(tǒng)建設(shè)成本低，對現(xiàn)有系統(tǒng)改造較少，更適合用在排放并不高的電站鍋爐，特別適合循環(huán)流化床鍋爐脫硝改造，建成后運(yùn)行成本低。

1 循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)噴射系統(tǒng)的技術(shù)要求

某電廠鍋爐以尿素為還原劑的SNCR脫硝圖如圖1所示。其中，噴射裝置是實(shí)現(xiàn)還原劑與煙氣均勻混合的主要手段，是循環(huán)流化床鍋爐SNCR系統(tǒng)的核心。噴射裝置工程上最常見的是墻式噴射器，其主要技術(shù)要求如下：

（1）噴射器的工作環(huán)境為高溫高塵，且管內(nèi)流動(dòng)還原劑，所以，噴射器制造材料，應(yīng)選用耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的材料。（2）噴射器的覆蓋區(qū)域，噴射器選取的種類，安裝的位置與數(shù)量，取決于鍋爐自身?xiàng)l件如鍋爐結(jié)構(gòu)、煙氣量、煙溫、煙氣流場分布等。（3）還原劑噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)能適應(yīng)鍋爐在最低穩(wěn)燃負(fù)荷工況和BMCR之間的任何負(fù)荷下安全連續(xù)運(yùn)行，并能適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化和啟停的要求。（4）噴射系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置吹掃空氣以防止煙氣中的灰塵堵塞噴射器。（5）噴射器的主要參數(shù)有：①霧化粒子粒徑分布；②霧化粒子噴射速度；③霧化噴嘴形式；④霧化角度。

目前，SNCR脫硝噴槍多采用廠用壓縮空氣與還原劑溶液直接混合，噴射流形通常是扇形或錐形。當(dāng)鍋爐負(fù)荷改變或NOx的濃度改變，要改變壓縮空氣量或還原劑溶液的量，但二者相互影響比較大，非常難于調(diào)節(jié)，對控制系統(tǒng)要求較高等等弊端。另外，還存在噴射溶液與煙氣的反應(yīng)接觸面積小，混合不均勻，脫硝效率低的缺點(diǎn)。

2 優(yōu)良的SNCR系統(tǒng)的噴射系統(tǒng)的要求

（1）材料性能要求： 抗高溫沖擊，抗熱變形，耐磨耐腐，容易維護(hù)。（2）霧化性能要求：霧化液滴務(wù)必做到粗細(xì)結(jié)合，霧化后覆蓋面要廣，最好能均勻分布到 整個(gè)爐膛截面。（3）運(yùn)行控制要求：①根據(jù)現(xiàn)場情況不同組合不同噴射方式，實(shí)現(xiàn)覆蓋面積最大；②能靈活調(diào)整單個(gè)噴嘴的霧化粒度，改變液滴蒸發(fā)時(shí)間，以適應(yīng)溫度變化；③防堵塞，有冷卻，維護(hù)簡便。

3 最終選取的設(shè)計(jì)方案

所述的SNCR脫硝系統(tǒng)用雙霧化噴槍，還原劑溶液管道、壓縮空氣套管和保護(hù)套管采用嵌套安裝方式，噴槍和其保護(hù)套管采用快接法蘭連接。機(jī)械錐形霧化噴嘴內(nèi)部安裝一個(gè)旋流片，扇形空氣霧化噴嘴內(nèi)部流道端部為圓錐形，外部開一通過流道中心橫向V形槽。當(dāng)脫硝系統(tǒng)停止時(shí)，可以通過套管吹入壓縮空氣，冷卻噴槍。當(dāng)脫硝系統(tǒng)長期不用時(shí)，可以通過快速法蘭，方便地從套管中抽出。 特征是：所述噴槍還原劑溶液管道輸送到機(jī)械錐形霧化噴嘴，還原劑本身的壓力通過錐形噴嘴機(jī)械霧化，霧化后還原劑在壓縮空氣的帶動(dòng)下通過扇形空氣霧化噴嘴進(jìn)行二次霧化，以扇面的形狀高速噴向爐內(nèi)，很快與煙氣均勻混合。

4 該噴槍設(shè)計(jì)方案的技術(shù)特點(diǎn)

（1）材質(zhì)。由于噴槍的工作溫度比較高（煙氣溫度850℃～1100℃）

，而且煙氣流速快，煙氣中含有大量的粉塵，噴槍的磨損非常嚴(yán)重。因此噴槍制造材料需要耐高溫、耐磨損、耐腐蝕。關(guān)鍵部位如噴槍桿及噴嘴采用316或310s材料，止癢能夠保證關(guān)鍵部位保持高強(qiáng)度和抗腐蝕性。

（2） 噴霧與煙氣的混合均勻程度噴槍噴霧角度從10°～150°不

等，小角度的噴槍穿透能力強(qiáng)，大角度的噴槍覆蓋面積大，我們的噴槍角度約為90°。

（3）噴槍縮進(jìn)、防止磨損。分離器入口煙氣磨損嚴(yán)重，因此安裝時(shí)噴槍頭部縮進(jìn)煙道內(nèi)壁0.5-1cm，防止噴槍頭部磨損。

（4）調(diào)節(jié)能力。噴槍采用還原劑溶液直接霧化和壓縮空氣二次

（下轉(zhuǎn)第220 頁）

（上接第216頁）

霧化相結(jié)合的方式，使霧化效果更好；壓縮空氣流量和還原劑流量分別單獨(dú)控制：通過改變泵的轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)尿素溶液的噴射量，改變壓縮空氣的調(diào)節(jié)閥可改變霧化空氣的量。扇形噴嘴阻力小，錐形噴嘴阻力大，空氣和尿素溶液調(diào)節(jié)相互影響較小，便于調(diào)節(jié)。

（5）噴嘴結(jié)構(gòu)。SNCR噴槍的霧化顆粒不是越細(xì)越好，而應(yīng)該顆粒粗細(xì)均有。細(xì)顆粒占比高，穿透性太差，脫硝效率低。粗顆粒占比高，則還原劑溶液的總體表面積太小，與煙氣接觸面積小，脫硝效率低，脫硝噴槍應(yīng)采用專門設(shè)計(jì)的噴嘴，保證在一定壓力下噴射，以獲得最佳尺寸和分布的液滴粒徑。

5 結(jié)束語

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消費(fèi)也日益增長，若不加控制，我國氮氧化物排放將日益嚴(yán)重。在SNCR脫硝系統(tǒng)中，用雙霧化噴槍代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氣液混合噴槍，能夠極大的提高霧化效果及脫硝效率，更易于實(shí)現(xiàn)減排的目標(biāo)，所以雙霧化噴槍將會(huì)有很廣闊的市場。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：2017年河南省教育廳重點(diǎn)科研課題“循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物超低排放工程化研究與開發(fā)”（課題編號：17A470015）

作者簡介：秦光耀（1982-），男，河南林州人，碩士，工程師，主要研究方向：火電廠節(jié)能減排。