流化床鍋爐SNCR+SCR（內(nèi)置）混合法脫硝技術(shù)探討

丁旭

摘 要：由于我國煤礦資源相對豐富，鍋爐燃料仍然以燃煤為主，不可避免的會在燃燒燃煤同時排放出污染性物質(zhì)，污染物主要為氮氧化物、硫化物和粉塵。在國家提倡環(huán)境保護的今天，如何高效、節(jié)能、低投入的減排已經(jīng)成為大家關(guān)注的新焦點和研究方向。文章以實際項目脫硝改造為案例，探討如何在流化床鍋爐內(nèi)部改造SCR反應(yīng)區(qū)，并配合前端SNCR法脫硝以達到國家超低排放要求。

關(guān)鍵詞：流化床鍋爐;節(jié)能環(huán)保;低投入

一、案例簡介

項目為開原宏達熱電有限公司廠區(qū)內(nèi)6#鍋爐脫硝改造，6#鍋爐為蒸發(fā)量220t/h，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環(huán)，全懸吊結(jié)構(gòu)，全鋼架π型布置。爐膛采用膜式水冷壁，鍋爐中部是蝸殼式汽冷旋風(fēng)分離器，尾部豎井煙道布置兩級三組對流過熱器，過熱器下方布置兩組省煤器及一、二次風(fēng)各兩組空氣預(yù)熱器。

2019年按照國家要求的超低排放要求進行脫硝超低改造，經(jīng)多次討論交流和方案比較之后，采用SNCR+SCR（內(nèi)置）脫硝，SNCR反應(yīng)區(qū)布置在汽冷旋風(fēng)分離器入口煙道水平段，SCR反應(yīng)區(qū)布置在上下級省煤器中間，相比于傳統(tǒng)外置反應(yīng)器，同樣可以滿足低排要求，又使改造施工量、投入金額達到最少。

二、工藝原理

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）為選擇性非催化還原法，是一種經(jīng)濟又有效的脫硝技術(shù)，于上世紀(jì)70年代中期首先在日本的燃?xì)狻⑷加碗姀S中得到應(yīng)用，原理是以氨水、尿素等作為還原劑，在噴入鍋爐之前霧化或者噴入到鍋爐中靠爐內(nèi)的熱量蒸發(fā)霧化，氣相的氨或者尿素就會分解為自由基NH3和NH2，在特定的溫度和氧存在的條件下，還原劑與NOx反應(yīng)生成了氮氣和水。

SCR（Selective Catalytic Reduction）即選擇性催化還原法，是指在溫度300～420℃范圍內(nèi)噴入還原劑，在催化劑的作用下與煙氣中的 NOx 發(fā)生選擇性催化反應(yīng)生成氮氣和水。

本項目采用的改造方案為二者結(jié)合，工藝流程如圖1所示：

由于改造時間等因素限制，也為了節(jié)省投資，本改造工程并未采用傳統(tǒng)煙氣外引反應(yīng)器的脫硝方式，而是利用原豎井煙道改造后作為反應(yīng)器SCR反應(yīng)區(qū)域，考慮由于煙氣流速較大，對催化劑沖擊磨損會相對較大，通過計算對SCR反應(yīng)區(qū)域空間的原煙道進行拓寬，整體煙道向爐前擴展0.9m，使煙氣流經(jīng)催化劑層煙氣速度控制在7m/s左右，并配合流場模擬，在分離器出口及反應(yīng)區(qū)入口設(shè)置導(dǎo)流板，使煙氣和氨可以較為均勻的通過催化劑進行反應(yīng)。

三、運行效果

項目改造完成后，于2019年10月投入使用，根據(jù)現(xiàn)場實際運行考察，偏低負(fù)荷情況下（蒸汽量小于160t/h） 只需運行前端SNCR反應(yīng)區(qū)即可達到NOx排放低于50mg/Nm3的要求，此時分離器入口煙溫高于800℃，SCR反應(yīng)區(qū)為280-300℃;當(dāng)流化床鍋爐負(fù)荷提高，SCR反應(yīng)區(qū)溫度升高到300℃以上，投入分離器出口補充噴槍，可以保證出口NOx排放值低于超低排放值，根據(jù)負(fù)荷變動調(diào)節(jié)計量分配裝置即可控制排放值，滿足實際需求。

四、問題探討

1、超低排放的必要性

近年來，隨著我國經(jīng)濟總量不斷增長，用電負(fù)荷也在上升，我國能源資源以煤炭為主，所以無論供暖還是發(fā)電用鍋爐主要燃料還是煤炭，而且耗量巨大，而燃煤所造成的空氣污染給所有人帶來很大影響，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的良好生活環(huán)境需求，高效、無污染、低投入的脫硝方法值得研究和推廣，我國脫硝工藝目前市場主要以SNCR和SCR及混合法為主，脫硝排放值也在近年降到50mg/Nm3，由于排放總量巨大，對排煙實現(xiàn)低排是完全有必要的，鋼鐵焦化行業(yè)也必須進行降低排放措施。

2、脫硝改進

針對噴氨/尿素脫硝存在氨耗能抵消脫硝減排量、催化劑回收再利用、氨逃逸量等問題，仍需細(xì)致化工藝流程，做好流場模擬實驗和數(shù)據(jù)計算，研究催化劑再利用效率和經(jīng)濟型等。

3、工藝適用、改進及推廣

有別于傳統(tǒng)混合法布置，本工藝將SCR反應(yīng)區(qū)布置在鍋爐內(nèi)，節(jié)省了改造時間和成本，同時也解決了施工改造時間限制、投資、場地情況等的因素的困擾。此方案比較適合爐內(nèi)豎井煙道存在合適空間和溫度的鍋爐，有前端合適溫度的SNCR區(qū)域配合脫硝，能達到很理想的脫硝效率;改進方面主要體現(xiàn)在如何優(yōu)化氨有效利用、噴槍噴入的氨與煙氣更好混合，以達到最佳利用催化劑活性的目的;雖然案例為循環(huán)流化床鍋爐，但同樣可應(yīng)用在其他形式的處理煙氣工藝之中，如果煙溫偏低，也可以換成低溫催化劑等，鏈條爐和窯爐同樣可以借鑒。

4、經(jīng)濟性

流化床鍋爐SNCR+SCR（內(nèi)置反應(yīng)器）混合法脫硝，省去了傳統(tǒng)在鍋爐后放單獨設(shè)置的大型鋼架及基礎(chǔ)，且不需要新增加煙道，在滿足超低排放的要求前提下，節(jié)省了大量的結(jié)構(gòu)件和工程量，不增加還原劑的投入量等，大大的降低了環(huán)保的投資總額，更便于環(huán)保低排的推動。

五、結(jié)論和建議

1、本案例是應(yīng)超低排放要求而產(chǎn)生的的一種節(jié)能環(huán)保、低投入的工藝。對中大型循環(huán)流化床鍋爐普遍適用，但同時也需根據(jù)實際情況對鍋爐本體做出適當(dāng)改造，需配合鍋爐生產(chǎn)廠家做好方案的對接，確認(rèn)是否適用于此案例中的脫硝工藝。

2、在超低排放的基礎(chǔ)上，需要對氨逃逸的量進行監(jiān)控，雖然氨逃逸是難免的，但由于催化劑的作用，煙氣中會產(chǎn)生SO3，與未反應(yīng)的氨生成硫酸氫銨，附著在空預(yù)器上沉積，造成堵塞。

3、流化床鍋爐脫硝，雖然以脫硝系統(tǒng)為主，但更重的是鍋爐本身的良好運行，包括配風(fēng)、燃燒等，流化床鍋爐由于其本身燃燒特性，氮氧化物排放值不高，協(xié)同脫硝系統(tǒng)解決氮氧化物的超低排放，實現(xiàn)環(huán)境保護、企業(yè)無污染、生態(tài)化生產(chǎn)的綠色建設(shè)，使企業(yè)完成低成本高效率處置廢棄氣體的目標(biāo)和責(zé)任。

參考文獻

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