青島龍發(fā)熱電有限公司SNCR脫硝提升改造經驗

楊懷玉 徐芹 肖成海 姜秀霞

【摘?要】250t/h循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝優(yōu)化升級改造采用：優(yōu)化噴槍安裝位置、更換噴槍，更換還原劑，增加脫硝添加劑等方式，通過升級改造，將250t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣排放的氮氧化物從80-120mg/Nm降低到50mg/Nm以下，達到煙氣超低排放的改造任務。

一、前言

青島龍發(fā)熱電有限公司共有3臺鍋爐，3、4鍋爐已經安裝了SNCR+SCR脫硝裝置，依據山東省2018年實施的電站鍋爐實施煙氣超低排放的要求，能夠達到煙氣超低排放的要求，2鍋爐作為備用鍋爐只安裝了SNCR脫硝裝置，達不到超低排放的要求，為使2#鍋爐滿足超低排放的要求，對只安裝SNCR脫硝裝置的2#鍋爐實施優(yōu)化提升改造。

二、改造前的狀況、主要技術經濟指標、存在的問題

2循環(huán)流化床鍋爐早期安裝的是干粉脫硝系統(tǒng)，煙氣氮氧化物排放要求達到200mg/Nm以下的標準;后期煙氣氮氧化物排放標準達到100mg/Nm以下時，改造SNCR脫硝裝置，還原劑采用20%的氨水;滿負荷運行時，煙氣氮氧化物排放達到70-90mg/Nm，低負荷運行時，煙氣氮氧化物排放時有超標，最高達到120mg/Nm，此時只能大量噴射氨水，煙氣氮氧化物勉強降低到100mg/Nm以下，氨逃逸超標嚴重，氨腐蝕問題影響鍋爐運行;本次改造根據山東省環(huán)保治理提升要求，氮氧化物排放標準達到50mg/Nm以下的要求，解決氨逃逸超標問題。

三、改造方案

青島龍發(fā)熱電有限公司領導高度重視，2017年10月與通用技術集團工程設計有限公司（原煤炭工業(yè)濟南設計研究院）組成攻關小組進行攻關改造。

（1）原系統(tǒng)試驗及分析

攻關小組成立后，首先對原系統(tǒng)進行多次試驗，并分析得到的數據，觀察原裝置及系統(tǒng)分析發(fā)現：

1）鍋爐負荷的變化直接影響，2鍋爐為供暖鍋爐，負荷根據天氣變化調整，正常負荷在60-90%之間變化，負荷80-90%時，旋風分離器出口煙氣溫度低于850-920℃之間，滿足SNCR脫硝工藝的溫度窗口，負荷60%時，旋風分離器出口煙氣溫度低于800℃，不能滿足SNCR脫硝工藝的溫度窗口，在鍋爐低負荷運行時只采用SNCR脫硝工藝很難達到超低排放指標的要求。

2）還原劑采用氨水，氨水的反應溫度窄，氨水脫硝開始溫度是760℃，開始時只有30%的效率，只有在爐膛溫度達到850-950℃時，脫硝效率達到最高值70-90%的效率，氨水脫硝反應溫度窗口窄，制約了低負荷運行時的排放達標。

（2）改造內容：

根據攻關小組全體成員的研究確定以下整改方案：

1）還原劑氨水改成尿素

氨、氨水、尿素是SNCR工藝中常用的還原劑，從安全、投資角度上以氨水和尿素為主，在反應過程中，選用不同還原劑，有效溫度窗口不同。通過實際運行及考察得知：氨水SNCR的反應溫度窗口較窄，而尿素溶液SNCR的反應溫度窗口相對較寬，從700℃-1050℃都有效，最佳脫硝溫度為850-950℃;根據以上還原劑分析特點及50t/h鍋爐實際運行情況，選定脫硝還原劑為尿素溶液。

另外尿素溶液更適合雙流體噴槍，噴射覆蓋面大;在鍋爐旋風分離器入口處安裝噴槍，該處煙氣溫度一般在800-900℃之間，處于高溫區(qū)，噴槍噴射的霧化如采用氨水，霧化氨水噴射液會迅速與高溫煙氣接觸，瞬間蒸發(fā)，造成穿透力差;而采用尿素溶液后，尿素溶液在噴槍內與壓縮空氣混合后通過霧化噴頭噴出，形成不同大小的顆粒狀小水滴，噴射液中小顆粒會迅速與高溫煙氣接觸，首先瞬間蒸發(fā)，大中型顆粒會穿透煙氣隨后蒸發(fā)，由于尿素溶液噴槍噴射具有一定的穿透力，加大了噴射覆蓋面積。

2）重新選擇新型噴槍

原采用脫硝系統(tǒng)的噴槍采用氨水作為還原劑，改成尿素溶液后工藝參數隨之變換，根據新工藝的特點和工藝參數要求，重新設置噴槍。

3）在尿素溶液中添加添加劑，進一步提升脫硝效率。

四、脫硝添加劑介紹

脫硝真實的反應機理為：NH首先通過與OH等活性基團反應，轉化為易于與NO反應的NH基團，NH會與NO發(fā)生還原反應生成N;

NH+NO---N+HO

當鍋爐爐膛溫度較低時，煙氣中產生的OH基團濃度偏低，生成的OH基團很快被消耗，生成的NH量少，因此在煙氣低溫區(qū)脫硝效率低，甚至沒有脫硝作用;隨著反應溫度的逐步增加，煙氣中生成的OH基團濃度不斷增加，使得大量的NH轉化為NH，進而會觸發(fā)SNCR反應的鏈式反應，脫硝效率迅速提高，當煙氣溫度繼續(xù)升高時，NH與O反應生成NO，脫硝效率逐步降低，這就是SNCR系統(tǒng)反應溫度窗口確定的原理。

從上述原理中得知：當NH向NH的轉換需要反映條件充分，轉換量大，脫硝效率高，氨逃逸量少，當反映條件不充分時，轉換量小，脫硝效率低，氨逃逸量大，SNCR反映條件是在800-1000℃之間時才能反映，SCR反映條件是在300-400℃之間，在催化劑的作用下才能反映，這兩個條件就是使NH向NH的轉換反應條件，只有在這個條件下產生活性基元，督促其轉換，通過研究分析其活性基元主要有OH、O、H等;

具體的主要反應式如下：

NH+OH-----4NH+HO

NH+O-----4NH+HO

NH+H-----4NH+HO

只有生產NH才能發(fā)生還原反應

NH+NO-----NNH+OH

NNH-----N+H2

NH+NO---N+H0

從上式中可以看出適量的OH、O、H基元是NOx還原反應的必要條件，低溫下活性基團少，是NH轉換成NH的少，NO還原少，氨逃逸多;活性基團確定了NH還原NO的主要因素，煙氣內的活性基團在溫度低于溫度窗口 800℃時產生量不足，會造成反應速率太慢，在較短的停留時間內得不到較高的 NOx去除率，這是低溫下SNCR脫硝效率不高的主要原因。

五、改造效果

2循環(huán)流化床鍋爐通過上述方案整改完畢后，煙氣脫硝效率大大提高，滿負荷運行時完全達到氮氧化物超低排放的技術要求;

2循環(huán)流化床鍋爐為青島膠州市供暖鍋爐，鍋爐運行負荷隨著天氣的變化而變化，特別當天氣好時，鍋爐不用滿負荷運行，鍋爐負荷低時，產生的煙氣溫度低，這時在尿素溶液中添加提效添加劑，提高SNCR脫硝效率，完全達到超低排放的要求。

結束語

此次脫硝改造，通過更換脫硝還原劑，利用尿素脫硝的特點，更換噴槍、重新布置噴槍安裝位置，加大了脫硝還原劑在爐膛旋風分離器入口的覆蓋面積，使SNCR脫硝工藝達到最優(yōu)化狀態(tài)，使脫硝效率達到最高，特別在鍋爐負荷低運行時，在尿素溶液中添加提效添加劑，提高SNCR脫硝效率;此次改造提高了SNCR脫硝裝置的穩(wěn)定性和經濟性，省去了增加SCR裝置費用，圓滿的完成了改造任務，改造費用低，效果顯著。

參考文獻：

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[3]發(fā)明專利：提高SNCR脫硝效率的脫硝劑及其制備方法 專利號 CN 103816799 A?專利權人：車均、楊懷玉

（作者單位：1通用技術集團工程設計有限公司;2青島龍發(fā)熱電有限公司）