生物質(zhì)水冷振動(dòng)爐排鍋爐SNCR系統(tǒng)優(yōu)化探討

文_高國(guó)防 劉繼峰 李小虎 張漢威 .光大綠色環(huán)保研究所 .光大生物能源（靈璧）有限公司 .光大城鄉(xiāng)再生能源（灌云）有限公司

1 概述

我國(guó)生物質(zhì)資源豐富，各種農(nóng)作物每年產(chǎn)生秸稈6億多噸，其中可以作為能源使用的約4億t，全國(guó)林木總生物量約190億t，可獲得量為9億t，可作為能源利用的總量約為3億t。生物質(zhì)資源的廢棄或就地焚燒，不僅浪費(fèi)了寶貴的能源資源，還污染了環(huán)境。隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，生物質(zhì)能應(yīng)用的領(lǐng)域不斷拓寬，生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用推廣。因機(jī)組配置不大，煙氣量較小，NOx的原始生成量不高，采用氨水或者尿素作為還原劑時(shí)，SNCR脫硝工藝配置簡(jiǎn)單，一次性投資及運(yùn)行成本低，基本能滿(mǎn)足煙氣排放要求，因此生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目大多采用SNCR脫硝工藝。

但由于鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，未設(shè)置脫硝裝置的生物質(zhì)的直燃鍋爐電廠(chǎng)已經(jīng)很難適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此生物質(zhì)鍋爐脫硝改造已迫在眉睫。但生物質(zhì)直燃鍋爐溫度場(chǎng)不適宜，噴槍選型及安裝定位不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致霧化效果不佳，導(dǎo)致氨逃逸量較大，反應(yīng)效率低，因此進(jìn)行SNCR系統(tǒng)的優(yōu)化，提高反應(yīng)效率具有重要意義。

2 鍋爐配置概況

某生物質(zhì)發(fā)電公司采用的是130t/h高溫高壓自然循環(huán)水冷振動(dòng)爐排鍋爐，為“M”型布置，單鍋筒、單爐膛、平衡通風(fēng)、室外布置（輕鋼型屋蓋）、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、底部支撐結(jié)構(gòu)型鍋爐。鍋爐的主要燃料是秸稈，另外可摻燒碎木片、樹(shù)枝等生物質(zhì)燃料，主要參數(shù)見(jiàn)表1。煙氣脫硝采用的是SNCR工藝，配有儲(chǔ)存系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)。運(yùn)行一段時(shí)候后，發(fā)現(xiàn)存在氨水用量偏大，NOx波動(dòng)較大，氨逃逸量偏大、水冷壁管腐蝕等諸多問(wèn)題。

表1 鍋爐主要參數(shù)

3 存在問(wèn)題

采用SNCR脫硝工藝時(shí)，NOx的脫除率受很多因素的影響，主要包括：反應(yīng)溫度場(chǎng)、停留時(shí)間、還原劑與煙氣的混合程度、噴槍霧化效果、氨氮比、NOx初始體積濃度、氧濃度、鍋爐燃燒狀況以及燃料摻配比例等。通過(guò)對(duì)該公司現(xiàn)場(chǎng)工藝系統(tǒng)排查，發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：

①?lài)姌屵x型單一，均采用柱狀噴槍。該噴槍雖然能保證噴射距離，但擴(kuò)散面積較小，導(dǎo)致還原劑與煙氣的混合不充分。

②噴槍安裝不合理。插入較深的噴槍有變形的情況；插入較淺的噴槍?zhuān)€原劑直接噴到了水冷壁上，造成水冷壁腐蝕爆管（圖1）；個(gè)別噴槍頭部沒(méi)有穿過(guò)保護(hù)套管，基本沒(méi)有形成有效的霧化； 噴槍布置不合理，導(dǎo)致還原劑覆蓋面積不足，局部過(guò)量等情況，噴槍層爐膛截面積為9200×6480mm，原布置情況如圖2；覆蓋情況如圖3。

圖1

圖2

圖3

③噴槍定期檢查試驗(yàn)力度不夠，個(gè)別噴槍有堵塞現(xiàn)象。

④兩臺(tái)爐共用一套輸送系統(tǒng)，彼此會(huì)相互影響，各噴槍支路壓力偏低，流量分配不均勻，氣液比不當(dāng)。

⑤未配置除鹽水系統(tǒng)。在NOx較低時(shí)，需要降低還原劑使用量，此時(shí)無(wú)法保證噴槍的流量，造成霧化效果不好，霧化后液滴過(guò)小或者過(guò)大都不利于反應(yīng)的進(jìn)行。

⑥溫度場(chǎng)不適宜。SNCR最佳反應(yīng)溫度在850～950℃之間，而反應(yīng)爐實(shí)際運(yùn)行溫度在800℃左右，低于SNCR最佳反應(yīng)溫度。

⑦鍋爐燃燒不穩(wěn)定，爐膛溫度及氧量波動(dòng)較大，一二次風(fēng)配比不當(dāng)。

4 優(yōu)化措施

根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，我們做了深入分析，尤其是在噴槍布置方面。主要采取的優(yōu)化措施如下：

①?lài)姌屪隽瞬糠指鼡Q，選用了扇狀噴槍?zhuān)鶢詈蜕让鎳姌尰旌鲜褂?，既保證了噴射長(zhǎng)度，又保證了覆蓋面積。

②對(duì)每個(gè)噴槍進(jìn)行了定位檢查。復(fù)核插入深度保持在10～15cm，確保噴槍頭穿過(guò)套管，扇面方向與爐膛截面平行。

③定期對(duì)噴槍進(jìn)行霧化檢查。噴槍停用時(shí)，將噴槍拔出爐膛，在不拔出時(shí)確保開(kāi)啟壓縮空氣。

④將輸送系統(tǒng)分離，每臺(tái)爐一套輸送系統(tǒng)，增加除鹽水系統(tǒng)，保證噴槍的流量。

⑤根據(jù)爐膛溫度改變噴槍布置位置，使其處于合適的溫度場(chǎng)。上下層噴槍進(jìn)行錯(cuò)位布置，左右墻噴槍下移至溫度較高的區(qū)域，并各增加一根噴槍?zhuān)栽黾舆€原劑覆蓋面積。優(yōu)化后噴槍布置情況如圖4；還原劑覆蓋面積情況如圖5。

圖4

圖5

⑥自動(dòng)控制反饋信號(hào)采用尾部NOx排放濃度時(shí)，從檢測(cè)到NOx濃度變化到調(diào)整還原劑噴入量有2min左右的時(shí)間差，不能有效及時(shí)的控制NOx濃度及還原劑噴入量。當(dāng)爐排振動(dòng)時(shí)，氧量比較低，NOx的初始生成量也比較低，此時(shí)可適當(dāng)減少還原劑的噴入量。因此可考慮增加爐膛溫度及爐排振動(dòng)等反饋信號(hào)，以更有效的控制NOx濃度及還原劑噴入量。

⑦優(yōu)化燃料摻配比例，保證燃料摻配均勻，以保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。

⑧調(diào)整一二次風(fēng)配比，降低NOx的初始生成量。

5 經(jīng)濟(jì)性估算

通過(guò)以上優(yōu)化調(diào)整，生物質(zhì)水冷振動(dòng)爐排鍋爐SNCR脫銷(xiāo)效率得到一定提高，在保證達(dá)標(biāo)排放的前提下，還原劑用量有一定幅度下降，6月份氨水用量變化情況（圖6），經(jīng)統(tǒng)計(jì)4、5月份氨水使用情況，試驗(yàn)期間氨水平均用量為4.77t/d，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖6

表2 生物質(zhì)水冷振動(dòng)爐排鍋爐SNCR優(yōu)化效果

通過(guò)優(yōu)化調(diào)整，每天可減少氨水用量約1.62t，一年按運(yùn)行300d，氨水單價(jià)720元/t計(jì)算，一年可以節(jié)約生產(chǎn)成本約35萬(wàn)元。

6 結(jié)論

根據(jù)某生物質(zhì)發(fā)電有限公司的水冷振動(dòng)爐排鍋爐的特點(diǎn)，提出選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù)實(shí)施方式，確定了噴槍的選型和布置方案，闡述了噴槍布置過(guò)程中應(yīng)考慮的因素。結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化調(diào)整，該生物質(zhì)發(fā)電有限公司每天可減少氨水用量約1.62t，一年可以節(jié)約生產(chǎn)成本約35萬(wàn)元。