循環(huán)流化床鍋爐脫硝改造

葉思成

摘 要：國內(nèi)第一臺循環(huán)硫化床鍋爐在新的排放標(biāo)準(zhǔn)下NOX無法滿足達(dá)標(biāo)排放，改造方案選擇為增加一套SNCR脫硝裝置，采用向爐內(nèi)噴射尿素10%溶液進(jìn)行脫硝。改造機(jī)組在煙氣達(dá)標(biāo)排放狀況下最高能穩(wěn)定在發(fā)電負(fù)荷75MW運(yùn)行，較脫硝系統(tǒng)安裝前提高了10MW。噴槍在機(jī)組發(fā)電負(fù)荷65MW和煤質(zhì)相對不變的情況下，NOX排放降低了60%。

關(guān)鍵詞：脫硝；SNCR技術(shù)；循環(huán)流化床

1 緒論

改造鍋爐為原芬蘭AHLSTROM（奧斯龍）公司生產(chǎn)制造投產(chǎn)于1996年9月，410-9.8/540-Pyrofow型常壓、單汽包自然循環(huán)、戶外型循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐冷渣機(jī)分別為2臺RA8-120和2臺RA10-120氣水聯(lián)合冷卻氣槽式冷渣器。新的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行以來，2015年NOx超標(biāo)排放小時(shí)數(shù)237個(gè)，占運(yùn)行小時(shí)數(shù)的13.26%，為滿足排放要求機(jī)組只能在65MW負(fù)荷以下運(yùn)行。因此進(jìn)行鍋爐脫硝技術(shù)應(yīng)用研究，選擇合適的脫硝技術(shù)實(shí)施改造已迫在眉睫。

2 改造方案的選擇

2.1 循環(huán)硫化床鍋爐氮氧化物的生成影響因素

在循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程中，氮氧化物的生成影響因素較多，燃料中氮的含量、鍋爐過量空氣系數(shù)、燃燒溫度均會對氮氧化物的生成產(chǎn)生巨大影響。近期研究表明，脫硫劑為石灰石，其直接目的是降低二氧化硫的排放量，同時(shí)對氮氧化物的排放量也會產(chǎn)生明顯的影響，使氮氧化物上升。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是富余的氧化鈣作為強(qiáng)催化劑會強(qiáng)化燃料氮的氧化速度，使一氧化氮的生成速度增加；另一個(gè)是富余的氧化鈣和硫化鈣作為催化劑強(qiáng)化一氧化碳還原一氧化氮。氧化鈣對燃料氮氧化物生成一氧化氮的貢獻(xiàn)大于其對還原性氣體還原一氧化氮的貢獻(xiàn)，從而使得氮氧化物排放量增加。

2.2 方案確定

改造鍋爐為早期設(shè)計(jì)的循環(huán)流化床機(jī)組，設(shè)計(jì)重心在如何確保鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，在設(shè)計(jì)理念上沒有探索二氧化硫和氮氧化物互相影響的研究，如一次風(fēng)量、風(fēng)速及二次風(fēng)量及噴口等方面未做具體的優(yōu)化。另外鍋爐設(shè)計(jì)一二次風(fēng)口的標(biāo)高存在不合理，氣槽式冷渣器進(jìn)入爐膛的無效風(fēng)較大，但如進(jìn)行改造成本大。鑒于機(jī)組可運(yùn)行年限改造方案選擇為增加一套SNCR脫硝裝置，采用向爐內(nèi)噴射氨水或尿素進(jìn)行脫硝，預(yù)計(jì)能達(dá)到40%的脫硝效率。

2.3 SNCR脫硝機(jī)理

SNCR脫除NOx技術(shù)是把含有NHx基的還原劑（如氨氣、氨水或者尿素等）噴入鍋爐溫度為800℃-1100℃的區(qū)域，該還原劑迅速熱分解成NHx和其它副產(chǎn)物，隨后NHx與煙氣中的NO進(jìn)行SNCR反應(yīng)而生成N2。采用尿素作為還原劑還原NO的主要化學(xué)反應(yīng)為：

3 SNCR脫硝技術(shù)方案實(shí)施

系統(tǒng)流程說明：

本方案設(shè)計(jì)采用制備10%的尿素溶液儲存于尿素溶液罐，通過噴射泵經(jīng)Φ38×3的304不銹鋼管進(jìn)入鍋爐28米層，經(jīng)計(jì)量、均流后，分別通過Φ27×3的304不銹鋼管進(jìn)入鍋爐甲乙側(cè)旋風(fēng)分離器進(jìn)口平臺，再經(jīng)流量計(jì)、均流器后進(jìn)入布置于旋風(fēng)分離器進(jìn)口的10只噴槍，后經(jīng)壓縮空氣霧化后噴入鍋爐。

除鹽水經(jīng)閥門直接接入噴射泵入口，通過噴射泵對管路系統(tǒng)進(jìn)行沖洗。

尿素溶液儲存罐的加熱系統(tǒng)，考慮從鍋爐冷渣機(jī)的冷卻水出口母管上安裝Φ38×3的鍋爐鋼管，經(jīng)工業(yè)水管溝，進(jìn)入尿素溶液儲存罐，加熱溶液，以防止尿素溶液結(jié)晶。工藝流程見圖：

4 運(yùn)行效果及分析

4.1 試運(yùn)行過程

機(jī)組發(fā)電負(fù)荷74MW、NOX排放187mg/Nm3、SO2排放264mg/Nm3、噴槍投運(yùn)支數(shù)10支，通過風(fēng)、煤、石灰石粉及尿素溶液的調(diào)整，在克服煤質(zhì)波動、保證NOX及SO2達(dá)標(biāo)排放下機(jī)組最高發(fā)電負(fù)荷能穩(wěn)定在75MW運(yùn)行。試驗(yàn)期間入爐煤平均硫分為0.87%，相關(guān)參數(shù)如下表：

4.2 試運(yùn)行分析

在現(xiàn)有煤質(zhì)且煤質(zhì)平穩(wěn)情況下，投入煙氣脫硝系統(tǒng)后，改造機(jī)組在煙氣達(dá)標(biāo)排放狀況下最高能穩(wěn)定在發(fā)電負(fù)荷75MW運(yùn)行。較脫硝系統(tǒng)安裝前提高了10MW。噴槍在機(jī)組發(fā)電負(fù)荷65MW和煤質(zhì)相對不變的情況下，NOX排放降低了60%。改造機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)能有效抵抗煤質(zhì)波動對NOX的影響，在NOX達(dá)標(biāo)排放情況下機(jī)組負(fù)荷可達(dá)82MW。若降低入爐煤硫分，能進(jìn)一步增強(qiáng)煙氣排放控制能力，機(jī)組帶負(fù)荷能力也將提高。

4.3 存在的問題

由于改造鍋爐投產(chǎn)時(shí)間較早，設(shè)計(jì)水平相對較低，在燃料含硫量高的情況下添加石灰石，會出現(xiàn)氮氧化物排放濃度超標(biāo)的情況，對SO2和NOX同時(shí)達(dá)標(biāo)排放造成困難。機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，SO2的排放濃度增加，需要加大石灰石粉的投入量，石灰石粉的過量投入，NOX排放濃度增加，同時(shí)脫硝還原劑“中毒”，破壞了尿素溶液中氨基的還原反應(yīng)，導(dǎo)致NOX超標(biāo)。同時(shí)由于鍋爐設(shè)計(jì)水平較低，爐膛用風(fēng)調(diào)整困難，致使?fàn)t膛出口氧量較高，加上尾部煙道存在泄漏，使煙囪出口煙氣氧含量偏高，造成二氧化硫及氮氧化物排放折算濃度超標(biāo)。

5 結(jié)語

脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，NOX排放達(dá)標(biāo)率為96.32%，大大提高NOX排放達(dá)標(biāo)率，減少NOX排放量，減少環(huán)保核查的風(fēng)險(xiǎn)。由于該改造鍋爐的脫硫設(shè)計(jì)存在缺陷，脫硝系統(tǒng)運(yùn)行后，SO2的達(dá)標(biāo)排放成為主要制約機(jī)組帶負(fù)荷的因素，建議下一步進(jìn)行脫硫系統(tǒng)的改造以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。