SNCRz脫硝技術(shù)在章村電廠的研究與應(yīng)用

張洋洋

（冀中能源股份有限公司，河北 邢臺(tái) 054100）

0 引 言

章村電廠一臺(tái)130 t循環(huán)流化床鍋爐為低氮燃燒鍋爐，初始氮氧化物濃度較低，初始采用了投資較少，脫硝效率較低的SNCR脫硝工藝，氮氧化物排放穩(wěn)定控制在60 mg/m3左右。按照國(guó)家“推進(jìn)鋼鐵、焦化行業(yè)超低排放改造和燃煤電廠深度減排改造，著力減少污染物排放，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)行業(yè)綠色發(fā)展”文件，要求燃煤電廠鍋爐在基準(zhǔn)含氧量6%的條件下，氮氧化物排放濃度≤30 mg/m3，現(xiàn)狀氮氧化物濃度已不能滿足當(dāng)前環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)反復(fù)調(diào)研論證，通過(guò)采用SNCRz汽化脫硝技術(shù)，利用原有SNCR尿素稀釋和輸送公用系統(tǒng)，增加尿素-蒸汽混合器、噴槍、調(diào)節(jié)閥等設(shè)備，不僅實(shí)現(xiàn)了深度改造，而且經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 SNCRz技術(shù)介紹

SNCR脫硝技術(shù)對(duì)溫度區(qū)間的要求比較苛刻，為800～950℃，所以循環(huán)流化床鍋爐一般將SNCR脫硝系統(tǒng)布置在鍋爐爐膛出口至旋風(fēng)分離器入口的拐彎煙道內(nèi)。且該SNCR脫硝系統(tǒng)控制方式比較單一，只能通過(guò)加大尿素使用量來(lái)降低氮氧化物排放濃度，同時(shí)，因系統(tǒng)反應(yīng)效率最高在60%左右，即使尿素溶液加大投入量，也滿足不了深度減排的要求，反而因尿素溶液的過(guò)多投入導(dǎo)致電廠煙氣氨逃逸數(shù)值較高，引起二次污染，造成鍋爐尾部受熱面堵塞。

SNCRz汽化脫硝技術(shù)很好地解決了以上問(wèn)題，且氮氧化物脫除效率達(dá)到90%以上，其核心原理是還原劑（尿素或氨水）通過(guò)蒸汽激波進(jìn)行汽化后，直接噴入合適溫度區(qū)域（800～1 100℃），其中的氨與爐膛煙氣中的NO發(fā)生化學(xué)反應(yīng),還原出N2和水，水由液態(tài)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)，沒有化學(xué)變化，但它起到了分散劑的作用。同時(shí)，水蒸氣與熾熱的碳也發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的CO可作為還原劑，與一氧化氮發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，整個(gè)SNCRz霧化脫硝技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)式如下：

從以上可以看出，水蒸氣在合適溫度的條件下也可以作為還原劑參與氮氧化物去除反應(yīng)，水蒸氣輔以少量的尿素則可以實(shí)現(xiàn)深度脫硝。

SNCRz汽化脫硝系統(tǒng)中，尿素和蒸汽的混合氣體是以氣態(tài)的形式噴入鍋爐的，而傳統(tǒng)的SNCR脫硝技術(shù)是以壓縮空氣霧化尿素溶液為較小的液滴噴入鍋爐，氣態(tài)形式的混合氣體較液態(tài)的尿素溶液更具活性，參與化學(xué)反應(yīng)速度更快、反應(yīng)更充分。

2 SNCRz技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)以章村礦電廠為例，針對(duì)鍋爐的爐膛燃燒工況、溫場(chǎng)分布、氮氧化物產(chǎn)生濃度等參數(shù)，在爐膛噴槍布置和噴頭設(shè)計(jì)上，結(jié)合鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀，以噴射面積、尿素汽化效果、脫硝效率為主題，考慮到章村礦電廠水平煙道煙氣混合均勻且反應(yīng)溫度適中，除在爐膛布置3層噴槍以外，又在水平煙道布置了一層噴槍，并且選擇了適合其幾何形狀與流場(chǎng)的扇形噴頭，不同于爐膛布置的錐形噴頭。從理論分析到模擬實(shí)驗(yàn)，最終得到鍋爐的最佳設(shè)計(jì)方案。

（1）采用SNCRz技術(shù)在鍋爐原脫硝設(shè)備的基礎(chǔ)上對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，對(duì)混合器進(jìn)行安裝，在鍋爐側(cè)面布置上、中、下3層噴嘴，水平煙道布置了一層噴嘴，布置層位置選擇和噴嘴數(shù)量選擇根據(jù)鍋爐爐膛形狀尺寸結(jié)合噴射面積進(jìn)行優(yōu)化確定，爐膛安裝了36（3×12）個(gè)噴頭，水平煙道為7個(gè)噴頭。

（2）對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)、返料系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。

（3）安裝流量測(cè)點(diǎn)（蒸汽、尿素溶液）、溫度測(cè)點(diǎn)、壓力測(cè)點(diǎn)、電動(dòng)調(diào)節(jié)門（蒸汽、尿素溶液）。

（4）各層可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制，每層內(nèi)各噴槍安裝控制門，便于檢修維護(hù)。

（5）安裝的測(cè)點(diǎn)及控制部分引入電廠中控DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氮氧化物排放的自動(dòng)控制，根據(jù)設(shè)定的氮氧化物排放數(shù)值控制各調(diào)節(jié)門的開度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化物排放數(shù)值的精準(zhǔn)控制。

（6）新裝SNCRz系統(tǒng)獨(dú)立于原SNCR系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮2個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立性和兼容性，2套系統(tǒng)能同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)SNCRz系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，原SNCR系統(tǒng)能單獨(dú)正常運(yùn)行，且效率不得低于原SNCR脫硝效率。

3 SNCRz脫硝應(yīng)用效果

3.1 施工工期短不影響鍋爐主體結(jié)構(gòu)

因采用高壓蒸汽噴射尿素，噴槍管徑減小，可輕松通過(guò)水冷壁間隙，不會(huì)產(chǎn)生改變爐體結(jié)構(gòu)，因此施工工期大大縮短，利用鍋爐大修或中修期間就可完成噴槍的布置和安裝。而不會(huì)影響鍋爐安全運(yùn)行和熱效率。而SCR脫硝工藝需要在省煤器后安裝至少2層催化劑，改變了煙道主體結(jié)構(gòu)，增加煙道阻力，影響鍋爐安全運(yùn)行和熱效率。與最初選擇的投資約1 350萬(wàn)元的臭氧脫硝技術(shù)方案相比，SNCRz脫硝深度治理工程節(jié)省了833萬(wàn)元，另有臭氧脫硝會(huì)在原SNCR脫硝基礎(chǔ)上再增加更高的運(yùn)行費(fèi)用，由此充分體現(xiàn)了SNCRz脫硝工藝經(jīng)濟(jì)性。

3.2 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整

將SNCRz脫硝系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)并入鍋爐DCS集散自動(dòng)控制系統(tǒng)中，充分利用DCS強(qiáng)大的運(yùn)算、調(diào)節(jié)功能，采用變頻技術(shù)，根據(jù)氮氧化物排放濃度、鍋爐運(yùn)行工況自動(dòng)調(diào)整蒸汽壓力和尿素溶液的噴射量，實(shí)現(xiàn)了SNCRz脫硝設(shè)施穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 應(yīng)用結(jié)果研究結(jié)果與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)比較

電力行業(yè)目前主流脫硝技術(shù)是SNCR和SCR脫硝技術(shù)，臭氧脫硝技術(shù)由于運(yùn)行成本高，現(xiàn)電力行業(yè)應(yīng)用較少，SNCRz脫硝技術(shù)是SNCR脫硝技術(shù)的升級(jí)版，是一項(xiàng)新的脫硝技術(shù)，脫硝效率達(dá)到90%以上。SNCR脫硝技術(shù)投資低，但脫硝效率低，最高在60%左右，運(yùn)行成本高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)氮氧化物超低排放，且產(chǎn)生氨逃逸，尾部受熱面容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，影響鍋爐安全運(yùn)行；SCR技術(shù)脫硝效率可達(dá)到90%以上，但投資大，施工周期長(zhǎng)，需改變鍋爐主體結(jié)構(gòu)，影響鍋爐運(yùn)行效率，且要定期更換價(jià)值不菲的催化劑（屬于危廢）；而采用SNCRz脫硝技術(shù)，投資低，脫硝效率絲毫不低于SCR技術(shù)，并且工期短、運(yùn)行成本低、運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)控方便，在國(guó)內(nèi)脫硝行業(yè)屬于先進(jìn)水平。章村礦電廠和東龐礦電廠為河北省此項(xiàng)脫硝新技術(shù)使用的首次成功深度脫硝項(xiàng)目，隨著SNCRz技術(shù)應(yīng)用日漸成熟，或許憑借脫硝效率高、投資低、無(wú)二次污染和運(yùn)行成本低的優(yōu)勢(shì)，在脫硝市場(chǎng)會(huì)很快取代SNCR，甚至SCR脫硝技術(shù)（氮氧化物初始濃度不高的情況下）。

5 結(jié) 語(yǔ)

SNCRz汽化脫硝技術(shù)在章村礦電廠得到成功應(yīng)用，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)調(diào)試，均達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)第三方監(jiān)測(cè)，氮氧化物穩(wěn)定控制在30 mg/m3以內(nèi)，滿足最新的環(huán)保深度減排要求。SNCRz脫硝系統(tǒng)充分利用原脫硝系統(tǒng)尿素稀釋和輸送環(huán)節(jié)，節(jié)省了投資，在大幅度降低氮氧化物濃度滿足新的超低排放要求的同時(shí)，與傳統(tǒng)脫硝系統(tǒng)相比，設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定，減少運(yùn)行費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。