SNCR脫硝系統(tǒng)節(jié)能減排改造應(yīng)用實例及推廣價值

楊 明 朱水興 孫黎宏

杭州臨江環(huán)保熱電有限公司

0 引言

我國在“十三五”期間對燃煤電廠氮氧化物的排放提出了更高的要求。隨著熱電行業(yè)循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒改造的普遍實施，原有SNCR系統(tǒng)噴槍設(shè)計出力已不能滿足低氮燃燒改造后的新工況。為保證噴嘴霧化效果而噴入的稀釋水量過大造成電除塵陰極線腐蝕加劇，影響其使用壽命；煙氣再循環(huán)風機擋板腐蝕卡澀給煤機系統(tǒng)腐蝕嚴重和；鍋爐排煙熱損失增加等。針對鍋爐低氮燃燒改造前后燃燒工況及NOx生成量的變化，需要相應(yīng)地對原SNCR系統(tǒng)進行改造，以達到新的工況匹配并取得節(jié)能減排效果。

1 SNCR系統(tǒng)原理、系統(tǒng)及影響因素分析

1.1 SNCR工藝化學反應(yīng)原理

首先氨或者尿素等氨基還原劑氣化后噴入爐內(nèi)，或者是先噴入爐內(nèi)借助煙氣熱量氣化，之后在合適的溫度范圍（一般稱為溫度反應(yīng)窗口）內(nèi)，氣態(tài)氨或者尿素等氨基還原劑產(chǎn)生活性分子（NH3或者NH2）經(jīng)過一系列反應(yīng)后，氨基活性分子與NOx接觸并將其還原成N2和H2O。

以氨作為還原劑的化學反應(yīng)方程為：

2NO+2NH3+1/2O2→2N2+3H2O

SNCR技術(shù)的優(yōu)點在于易于實現(xiàn)，不需要催化劑，也就避免了使用催化劑帶來的一系列問題，且易于安裝在已有的燃燒裝置上，項目成本低，運行費用也不高。尤其在煙氣超低NOx排放技術(shù)中是一種非常重要的技術(shù)。

1.2 基于氨為還原劑的SNCR脫硝系統(tǒng)

SNCR工藝系統(tǒng)（圖1）包括還原劑制備儲存系統(tǒng)、還原劑計量稀釋系統(tǒng)、還原劑分配系統(tǒng)和還原劑噴射系統(tǒng)。還原劑計量稀釋系統(tǒng)包括稀釋水系統(tǒng)和計量系統(tǒng)。

圖1 以氨水為還原劑的SNCR脫硝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)

1.3 SNCR技術(shù)的影響因素

SNCR脫硝反應(yīng)的化學反應(yīng)速率決定了SNCR脫硝效率，影響SNCR系統(tǒng)脫硝效率的主要因素有：

（1）反應(yīng)溫度窗口；

（2）最佳反應(yīng)窗口內(nèi)的停留時間；

（3）噴入的還原劑與煙氣混合的均勻程度；（4）初始NOx濃度水平；

（5）標準化的化學當量比（NSR）；（6）氨逃逸。

1.3.1 反應(yīng)溫度窗口

SNCR系統(tǒng)中的脫硝反應(yīng)發(fā)生在一個特定的溫度區(qū)間內(nèi)，在這個溫度區(qū)間內(nèi)，能提供足夠的能量使脫硝進行化學反應(yīng)。對于以氨作為還原劑的SNCR脫硝反應(yīng)最佳溫度窗口為850℃～1100℃。

1.3.2 最佳反應(yīng)窗口內(nèi)的停留時間

最佳反應(yīng)溫度窗口內(nèi)停留時間指還原劑在爐膛適合溫度區(qū)間停留時間。增加停留時間能夠使傳質(zhì)過程和化學反應(yīng)比較充分，可以提高NOx的脫除率。

1.3.3 . 初始NOx濃度水平

當初始NOx濃度較低時，脫硝反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度窗口降低，脫硝效率降低。

1.3.4 標準化的化學當量比（NSR）

NSR增加時，脫硝效率隨之增加。但是隨著NSR增加，脫硝效率增加的幅度呈指數(shù)規(guī)律下降。當NSR超過2.0之后再增加還原劑量不會使脫硝效率明顯增加。

1.3.5 氨逃逸

為了減少脫硝系統(tǒng)逃逸氨對鍋爐設(shè)備的結(jié)垢、堵塞、腐蝕影響和對大氣環(huán)境的危害，環(huán)保部門和環(huán)保規(guī)范都制定了氨逃逸限定值，本項目是8mg/Nm3。顯然，氨逃逸限定值越低，則能夠達到的脫硝效率越低。

1.3.6 噴入的還原劑與煙氣混合的均勻程度

還原劑與煙氣混合的均勻性好壞取決于噴射系統(tǒng)，噴槍使用壓縮空氣將還原劑溶液以霧狀按照一定的角度、速度和方向噴入爐膛與煙氣混合。還原劑與煙氣混合不均勻帶來較低的脫硝效率可從以下幾個方面改善：（1）增加噴入的霧化顆粒的動量；（2）增加噴槍數(shù)量；（3）增加噴射區(qū)域；（4）改善噴槍的性能來獲得最優(yōu)的霧化顆粒直徑、分布、角度和噴射方向。這是本次改造主要考慮的方向和措施。

2 SNCR系統(tǒng)改造前后比較

2.1 改造內(nèi)容

（1）噴嘴改造

由原錐形噴嘴改為上海守望者噴霧智能系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的廣角扇形噴嘴，參數(shù)比較見表1。

表1 噴槍改造前后參數(shù)比較表

（2）停用稀釋水系統(tǒng)

停用改造前為確保噴嘴霧化效果而設(shè)計的稀釋水系統(tǒng)。

2.2 噴嘴性能比較及霧化情況

通過噴嘴性能曲線（圖2）和實際噴嘴霧化實驗效果（圖3）可以確定新噴嘴在霧化性能方面、噴射扇形角度和噴嘴流量線性比舊噴嘴優(yōu)異。

圖2 噴嘴性能比較曲線

圖3 噴嘴霧化實驗效果

2.3 改造前后SNCR原料消耗及NOx排放

通過對1#、2#和3#130t高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝噴嘴的改造均取得良好效果（見圖4）。

圖4 SNCR脫硝噴嘴改造前后效果比較

基于連續(xù)測量3臺鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)的一個月實時排放數(shù)據(jù)平均值得出表2數(shù)據(jù)。

3 效果分析及結(jié)論

SNCR系統(tǒng)噴嘴改造后鍋爐尾部煙道積灰嚴重情況得到良好改善，降低了鍋爐檢修工作中煙道清灰工作量；鍋爐煙氣濕度改善，引風機擋板、煙氣再循環(huán)風機擋板卡澀情況有所改善，降低了設(shè)備的故障率；減緩電除塵陰極線腐蝕情況，延長了電除塵陰極線使用壽命；稀釋水系統(tǒng)停用后，鍋爐排煙熱損失減少。

表2 鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)的實時排放數(shù)據(jù)平均值（1個月）

改造直接收益方面，以SNCR系統(tǒng)年運行8 000小時計算：稀釋水泵電能消耗8 800kWh，約3 960元；除鹽水消耗量減少1 816噸，約7 264元；氨水消耗量減少110噸，約81 767元。而單臺爐整體改造費用為42 000元，可見從SNCR噴嘴系統(tǒng)改造中產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益的同時也為節(jié)能減排工作發(fā)揮了明顯的作用，在同類型鍋爐中值得推廣應(yīng)用。