SNCR脫硝裝置對CFB鍋爐運行的影響研究

邊海龍

摘要：基于CFB鍋爐煙氣脫硝裝置，僅要求40%～70%的脫硝效率就可以實現(xiàn)NO。達標排放，因此，國內(nèi)大部分的CFB鍋爐脫硝改造工程均選擇選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝工藝。本文結(jié)合現(xiàn)場性能試驗和理論分析，對SNCR脫硝裝置對CFB鍋爐運行影響的情況進行研究。

關(guān)鍵詞：SNCR;脫硝裝置;CFB鍋爐運行

目前我國燃煤電廠氮氧化物排放量持續(xù)增長，由此引起的環(huán)境污染問題日益突出。選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)作為一種簡單經(jīng)濟的N0x控制技術(shù)，建設(shè)周期短且改造相對容易，同時可與其他NOx控制技術(shù)復合應(yīng)用達到較高的脫硝效率，適用于我國新建燃煤電廠及現(xiàn)有電廠改造。由于SNCR技術(shù)要求的溫度較高且對溫度條件較為敏感，當鍋爐低負荷運行時，還原劑噴射區(qū)域的溫度范圍偏離了SNCR最佳的脫硝溫度窗口，脫硝效率明顯下降，使其不能滿足N0x排放標準，這成為該技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要障礙。因此，探明鍋爐低負荷運行參數(shù)與不同煙氣組分濃度對SNCR脫硝過程的影響規(guī)律，改善SNCR脫硝效率是SNCR技術(shù)向電廠鍋爐推廣的關(guān)鍵問題。

一、鍋爐污染物排放的危害

近兩年大氣污染物的排放量中大約一半的排放量來自于火電廠，火電廠在生產(chǎn)過程中排放的SOx、NOx、以及粉塵等有害物質(zhì)不僅危害人類的健康，而且還影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，SOx在空氣中形成的酸雨會腐蝕建筑，酸化土地。NOx易進入人體血液中，造成血液中氧減少，引起中樞神經(jīng)麻搏，還危害人體的其他器官如（心、肝、腎臟和造血組織）。NOx對臭氧層有破壞作用，容易生成光化學煙霧，并且抑制植物光合作用，危害植物[1]。油品質(zhì)量也是造成霧霾的一個主要原因，成品油亟待升級。而其中霧霾影響最受關(guān)注的城市北京是油品標準最高的城市。PM2.5 的問題，主要是解決燃煤污染。燃煤電站鍋爐又是燃煤的大戶，因此如何提高燃燒效率，提高脫硫脫硝效率，從而改善大氣環(huán)境，變成了一個全國上下都密切關(guān)心，刻不容緩需要解決的問題。

二、試驗

1、鍋爐主要設(shè)計運行。某熱電廠410 t/h為例來說明SNCR脫硝裝置對CFB鍋爐運行的影響。該鍋爐是高溫高壓、單汽包、自然循環(huán)鍋爐，空氣預(yù)熱器為臥管式空氣預(yù)熱器。由于環(huán)保要求日益嚴格.該熱電廠在煙氣脫硝改造的同時也進行了脫硫改造.脫硫改造工藝為“爐內(nèi)噴鈣+石灰石一石膏濕法脫硫工藝”為了節(jié)約資源.提高脫硫裝置的利用率。在燃煤硫分不高的情況下爐內(nèi)噴鈣脫硫裝置退出運行.石灰石一石膏濕法脫硫裝置投運。本次煙氣脫硝試驗期間.爐內(nèi)噴鈣脫硫裝置退出運行。

2、試驗要求及依據(jù)。試驗要求主要包括：（1）脫硝裝置及輔助系統(tǒng)處于完好狀態(tài)，已正常穩(wěn)定運行;（2）試驗期間鍋爐配風方式保持一致，試驗期間不變配風;（3）試驗期間燃煤煤質(zhì)接近設(shè)計煤質(zhì)，煤質(zhì)穩(wěn)定，還原劑品質(zhì)穩(wěn)定;（4）鍋爐及脫硝裝置運行參數(shù)盡量接近設(shè)計值;（5）試驗期間鍋爐負荷按試驗要求穩(wěn)定運行。

三、結(jié)果與討論

1、試驗結(jié)果。該熱電廠脫硝改造工程采用SNCR煙氣脫硝工藝，煙氣脫硝裝置安裝于旋風分離器人口水平煙道上.采用顆粒尿素作為脫硝還原劑。本次性能試驗以SNCR煙氣脫硝裝置性能考核試驗為基礎(chǔ)，以《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗收試驗規(guī)范》，進行了技術(shù)性能試驗研究。

2、結(jié)果分析

（1）氨逃逸濃度分析?？諝忸A(yù)熱器（簡稱空預(yù)器）進、出口氨逃逸濃度。空氣預(yù)熱器進、出口氨逃逸濃度值存在偏差.并且入口濃度明顯高于出口濃度.但當人口氨逃逸濃度逐漸降低時。偏差隨之逐漸減小，在3X10-6以下時偏差接近為零，說明煙氣在通過空氣預(yù)熱器時有部分逃逸氨被留在空氣預(yù)熱器中，造成出口氨逃逸濃度降低。根據(jù)分析.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是逃逸氨在空預(yù)器本體換熱元件低溫段與SO3、H02發(fā)生化學反應(yīng)，生成了硫酸氫銨，消耗了部分逃逸氨，同時也有可能被空預(yù)器熱管上的積灰所吸附。

（2）空預(yù)器阻力分析?？疹A(yù)器本體內(nèi)部產(chǎn)生硫酸氫銨會在低溫段形成積垢。引起堵灰阻塞，使空預(yù)器本體阻力增加。在脫硝裝置投運/不投運條件下.空預(yù)器本體阻力有較明顯差異，脫硝裝置投運條件下阻力明顯高于不投運條件下阻力.最大相差近500Pa，之所以能產(chǎn)生明顯的變化.一方面是人口氨逃逸濃度較高;另一方面是人口SO2、SO3、粉塵濃度也較高，在合適的溫度下很容易形成硫酸氫銨.引起堵灰積垢，導致空預(yù)器阻力增加。然而，氨逃逸濃度低時空預(yù)器阻力大小與脫硝裝置不投運時接近.說明控制氨逃逸排放濃度有利于抑制空預(yù)器阻力增加。

（3）氨逃逸濃度對空預(yù)器阻力影響分析。根據(jù)空預(yù)器入口氨逃逸濃度越高.空預(yù)器阻力增加越大.說明燃用此種硫分的燃煤時，硫酸氫銨的產(chǎn)生主要取決于氨逃逸濃度。因此，電廠在日常運行時應(yīng)注意控制還原劑使用量，避免因氨逃逸濃度高造成空預(yù)器阻力增加過快加快阻塞速度。在氨逃逸濃度低于3X10-6。時，空預(yù)器進出口氨逃逸濃度偏差較小，空預(yù)器阻力降低，說明氨逃逸濃度低時有利于控制硫酸氫銨的生成，降低因硫酸氫銨導致空預(yù)器阻力增加的風險。

（4）氨逃逸濃度對空預(yù)器出口SO3濃度的影響。分析空預(yù)器作為一種熱交換裝置。本體內(nèi)部換熱元件表面形成溫度梯度。在NH3、S03、H20三者同時存在的情況下極易形成硫酸氫銨.并且化學反應(yīng)正向進行.不同溫度條件下硫酸氫銨呈現(xiàn)不同物理形態(tài)，特別是空預(yù)器低溫段極易形成半固態(tài)硫酸氫銨，附著在換熱元件表面，容易吸附飛灰很難清除。從圖可以看出，空預(yù)器入口NH3、SO3濃度越高時，出口NH3、SO3濃度越低，并且NH3、SO3濃度減量越大。

SNCR在生產(chǎn)實際中的問題，將SNCR技術(shù)正式投入使用8000 h后，在SNCR噴射器的噴口位置其澆注料遭到了較為嚴重的腐蝕，導致銷釘露出。造成這種問題的原因主要是噴口位置的選取失誤，因為還原劑在進入爐內(nèi)后其噴射的實際深度以及寬度沒有達到規(guī)定的標準，導致尿素落到澆注料上。經(jīng)過分析研究可以發(fā)現(xiàn)，當尿素落到澆注料上后會形成一層連續(xù)液膜，此時爐內(nèi)的溫度較高，液膜原來所含的水分會不斷蒸發(fā)，導致尿素被分解產(chǎn)生甲銨且含量不斷上升，受到甲銨的腐蝕性影響，澆注料出現(xiàn)嚴重破壞。

SNCR脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐的使用，目前脫硝系統(tǒng)總體運行情況仍較穩(wěn)定，通過對脫硝的性能進行測試，脫硝效果較好，脫硝效率能達到60%左右，與設(shè)計要求基本一致，確保NO，達標排放。但SCNR在運行過程中也暴露了一些問題，象噴口處受熱面腐蝕問題制約鍋爐長周期運行。氨逃逸過大會造成空預(yù)器堵塞及其他衛(wèi)生問題。通過不斷地積累、優(yōu)化調(diào)整以及升級噴槍、落實定期試驗等措施，可進一步提高SNCR脫硝技術(shù)長周期經(jīng)濟運行水平。

參考文獻

[1]張俊春，程樂鳴，黃晨.煤灰對流化床氮氧化物排放影響的試驗研究[J].動力工程學報，2018，32（6）：05.

[2]侯祥松，張海，李金晶.影響選擇性非催化還原脫硝效率的因素分析[J].動力工程，2020，77.

[3]高陽，趙博，禚玉群.SNCR）技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝的工程應(yīng)用[J].北京：清華大學熱能工程系，2019.