循環(huán)流化床鍋爐SNCR系統(tǒng)優(yōu)化與應(yīng)用

焦小波 劉霖杰

摘 要：本文主要對循環(huán)流化床鍋爐中的SNCR脫硝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，通過對尿素溶液噴射裝置的優(yōu)化，調(diào)整尿素溶液制備系統(tǒng)的加熱方式，調(diào)整霧化風(fēng)，同時加強(qiáng)運(yùn)行管理保證脫硝最佳反應(yīng)溫度，保證還原劑和煙氣充分混合、反應(yīng)，提高還原劑與煙氣的充分混合與接觸、反應(yīng)，提高煙氣脫硝效率，降低還原劑（即尿素）消耗、降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;脫硝系統(tǒng);SNCR;尿素溶液噴射裝置

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)，我國針對環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)不斷健全，對火力發(fā)電廠NOx排放控制日益嚴(yán)格[1]。循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)作為一種高效、低污染、清潔的燃燒技術(shù)，已在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、廢棄物處理利用等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2-3]。選擇性非催化還原（SNCR）是一種煙氣脫硝技術(shù)，其原理是將氨還原劑在一定的溫度窗口下與NOx發(fā)生選擇性非催化還原反應(yīng)，達(dá)到降低NOx排放的效果[4]。

1 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析

我公司脫硝系統(tǒng)采用SNCR+SCR技術(shù)，SNCR+SCR混合技術(shù)是SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術(shù)同SCR工藝?yán)梦捶磻?yīng)氨進(jìn)行催化反應(yīng)結(jié)合起來，達(dá)到所需的脫硝效果，它是把SNCR工藝的低費(fèi)用特點(diǎn)同SCR工藝的高脫硝率進(jìn)行有效結(jié)合的一種揚(yáng)長避短的混合工藝。SNCR+SCR混合工藝的脫硝效率為90%，氨的逃逸小于3mg/Nm3。

目前，SNCR系統(tǒng)中尿素溶液使用量居高不下，已成為制約系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的重要因素，因此對公司三臺循環(huán)流化床鍋爐的SNCR系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與應(yīng)用。

SNCR系統(tǒng)尿素溶液噴射裝置為2014年7月投用至今，該型式噴槍為尾部混合文丘里型式噴槍，采用文丘里原理，壓縮空氣在噴槍尾部進(jìn)入，尿素溶液在壓縮空氣后部進(jìn)入噴槍尾部，通過壓縮空氣的高速噴射抽動尿素溶液進(jìn)入混合室，混合后的氣液混合物至噴槍噴頭處霧化，要求壓縮空氣壓力不低于0.3MPa，且各部件加工精度要求極高，霧化噴嘴極易高溫磨損。經(jīng)現(xiàn)場檢查分析，造成尿素消耗過大的主要因素即為該型式噴槍霧化效果差。

2 優(yōu)化方案

2.1 尿素溶液噴射裝置優(yōu)化

將尿素噴槍更換為尾部噴射混合型式，該型式采用尿素溶液于兩側(cè)釋放孔噴出，與壓縮空氣混合，于槍頭處霧化噴出。尾部噴射混合型式噴槍結(jié)構(gòu)相對簡單，易于加工制造，氣液混合充分，霧滴粒徑可達(dá)50-70微米，溶液與煙氣中的氮氧化物接觸更加均勻，反應(yīng)更加充分，脫硝效率更高，運(yùn)行費(fèi)用更低。

其最佳流量范圍10-400L/h;壓縮空氣壓力0.1-0.6MPa，液體壓力0.1-0.6MPa;噴槍有二個接口，分別為進(jìn)液口、進(jìn)氣口;最高環(huán)境溫度：1250℃;最大工作壓力：1.5MPa，且有霧化精細(xì)、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、無需冷卻風(fēng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 噴槍噴嘴的角度選擇與防磨優(yōu)化

根據(jù)噴槍在鍋爐上的安裝位置，噴槍的噴嘴為主線垂直于煙氣流向的橄欖型噴口，霧化后氣液混合物呈扇形霧化狀態(tài)，扇形界面與煙氣流向垂直，最大程度提高混合度、提高反應(yīng)效率。噴嘴設(shè)有60°導(dǎo)流角，有利于氣液混合物進(jìn)一步膨脹擴(kuò)張。針對噴嘴被高溫?zé)煔鉀_刷磨損，噴槍整體采用310s不銹鋼，具有良好耐氧化、耐腐蝕、耐酸堿、耐高溫性能，且噴槍殼內(nèi)有氣液混合物冷卻;噴嘴采用激光熔覆技術(shù)，使用鎳基合金包覆噴嘴，提高其耐磨性能。

2.3 尿素溶液的制備系統(tǒng)優(yōu)化

尿素為無色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，無臭無味。含氮量約為47%，溶于水，在20℃的水中溶解度為1080 g/L。為保證脫硝的效率，提高尿素溶液的溶解度，公司對尿素溶液的制備系統(tǒng)做出以下調(diào)整：

原尿素溶液的制備中使用蒸汽加熱，加熱處為尿素制備溶解罐。蒸汽來源原為對外供汽管道疏水管，蒸汽壓力為0.1-0.2MPa，加熱后溫度為25℃?，F(xiàn)將蒸汽來源改為汽輪機(jī)打孔抽汽支管，壓力為0.4-0.5MPa，加熱后尿素溶液溫度為50℃。

2.4 霧化風(fēng)的優(yōu)化調(diào)整

公司原有噴槍采用頭部混合、霧化模式，要求壓縮空氣壓力不低于0.3MPa，另因其噴嘴極易高溫磨損，需配備冷卻風(fēng)，冷卻風(fēng)壓力要求不低于0.2MPa。采用尾部噴射混合型噴槍后，不需要冷卻風(fēng)。經(jīng)試驗(yàn)，新型噴槍所需霧化風(fēng)采用壓縮空氣作為霧化介質(zhì)，壓縮空氣壓力要求為0.1-0.6MPa。

3 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)上述優(yōu)化方案將公司SNCR脫硝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，通過對尿素溶液噴射裝置的優(yōu)化，調(diào)整尿素溶液制備系統(tǒng)的加熱方式，調(diào)整霧化風(fēng)，同時加強(qiáng)運(yùn)行管理保證脫硝最佳反應(yīng)溫度，公司鍋爐煙氣脫硝效率不斷提高。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)：優(yōu)化方案實(shí)施前，每天消耗尿素約為10噸;優(yōu)化方案實(shí)施后，每天添加消耗尿素約為8噸，每天少消耗尿素約2噸。公司制造安裝新型尿素溶液噴射裝置12套，成本及其他費(fèi)用共計(jì)約20萬元，因此，綜合考慮取得效益約為96萬元/年。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡浩毅.以尿素為還原劑的SNCR脫硝技術(shù)在電廠的應(yīng)用[J].電力技術(shù)，2009（3）：22-24.

[2]馮俊凱等主編.循環(huán)流化床燃燒鍋爐[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3]余潔.循環(huán)流化床鍋爐的污染物排放與控制探討[J].煤質(zhì)技術(shù)，2012（3）：46-49.

[4]Richard K Lyon.Method for the reduction of the concentration of NO in combustion effluents using ammonia[P].US. 3900554，1975.