CFB鍋爐脫銷改造技術探討

殷濤濤

中石化股份有限公司天津分公司熱電部 天津 300000

摘要：氮氧化物是空氣污染物的重要組成部分，如何處理工業廢氣中的的氮氧化物是當前的一大熱點話題。當前科技日新月異脫硝技術已日漸成熟，本文就天津石化熱電廠循環流化床鍋爐和煤粉爐煙氣脫硝工程為例，介紹了選擇性非催化還原法（SNCR）技術和選擇性催化還原（SCR）脫硝技術的原理，針對該工程在建設中和試投運后出現的問題，展開討論并提出解決建議。

關鍵詞：煙氣脫銷；NOx；SNCR；SCR

一、熱電廠鍋爐概況

1、中國石化天津分公司熱電部現有 9臺鍋爐，擔負著為現有化工裝置提供穩定、可靠的電力和蒸汽供應的任務。熱電部鍋爐煙氣脫硫、脫硝改造項目涉及到#3、#4、#6、#7、#8、#9、#10共 7 臺鍋爐，3#、4#鍋爐為出力 220t/h 的煤粉爐，該兩臺鍋爐作為一個脫硝單元考慮，采用 SCR 的脫硝工藝。#6、#7鍋爐為出力 410t/h 的煤粉爐，該兩臺鍋爐作為一個脫硝單元考慮，采用 SCR 的脫硝工藝。#8～#10鍋爐為出力465t/h的循環流化床鍋爐，該三臺鍋爐作為一個脫硝單元來考慮，采用 SNCR+O3氧化的組合工藝。目前，#3、#4、#6、#7鍋爐最大工況下煙氣中NOx濃度為550 mg/Nm3，#8、#9、#10鍋爐最大工況下煙氣中 NOx濃度為 400 mg/Nm3。7 臺鍋爐外排煙氣中的 NOx排放濃度均超出了環保限值要求。鑒于上述原因，所以中國石化天津分公司決定對該 7 臺鍋爐進行環保治理，即對 #3、#4鍋爐，#6、#7鍋爐，#8、#9、#10鍋爐進行脫硝改造。

2、該項目實施后，#3、#4煤粉爐煙氣中NOx 排放量可由2085.6噸/年減少到341.3 噸/年，使裝置NOx 排放濃度由550mg/Nm3（設計值）降低到90mg/Nm3 以下，每年共計可減排NOx1744.3 噸。#6、#7煤粉爐煙氣中NOx 排放量可由3876.8 噸/年減少到634.4 噸/年，使裝置NOx 排放濃度由550mg/Nm3（設計值）降低到90mg/Nm3 以下。每年共計可減排NOx3242.4 噸。#8～# 10CFB 鍋爐NOx 排放量可由3967.9 噸/年減少到892.8 噸/年，使鍋爐煙氣中的NOx 排放濃度由400mg/Nm3（設計值）降低到90mg/Nm3 以下，每年共計可減排NOx3075.1 噸。因此，本項目的實施對天津分公司7 臺鍋爐完成污染物減排、責任目標，實現可持續發展，建設創新、環保、友好型企業具有重要意義。

二、熱電廠鍋爐改造原理

1、SCR工藝原理

本項目以尿素為原料，采用尿素水解方式制取氨，作為氨法SCR 煙氣脫硝還原劑。

（1）尿素水解制氨

尿素轉氨制備技術日漸成熟，且因尿素在運輸、儲存中無需安全及危險性的考慮，從1999年開始，尿素逐漸用于SCR系統的還原劑制備。尿素水解和熱解均為成熟的工藝，在世界上有大量的應用。

尿素在溫度高于150℃時不穩定，會分解成NH3和HNCO，HNCO繼續與水反應生成NH3和CO2，該反應過程如下圖所示。當反應條件不夠強烈時，由于C-N鍵的鍵能高于N-H鍵，部分N-H鍵先于C-N鍵斷裂，這些斷裂的分子體容易重新連接形成大分子聚合物。

（2）氨法SCR催化還原脫硝

氨法選擇性催化還原脫硝技術原理簡介：在催化劑作用下，反應溫度300℃～420℃，NH3 與NOx 發生催化還原反應，反應產物為N2 和H2O。

主要反應式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O+1624 kJ；8NH3+6NO2→7N2+12H2O+2763.3 kJ

主要副反應式如下：

2SO2+O2→ 2SO3；2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4；NH3+SO3+H2O→ NH4HSO4。

SCR 催化反應機理：當煙氣通過催化劑床層時，NOx、O2 和還原劑氣體自煙氣擴散到催化劑外表面，再進一步向催化劑中的微孔表面擴散；還原劑氣體被催化劑表面活性中心吸附，然后與氣相中的NOx 和O2 反應生成N2 和H2O；N2 和H2O 從催化劑表面上脫附到微孔內，再由微孔內向外擴散到催化劑的外表面，最后N2 和H2O 從催化劑的外表面擴散到主流氣體中被帶走。在反應過程中，NH3 選擇性地和NOx 反應生成N2 和H2O，而不被O2 氧化，因此反應稱為“選擇性催化還原技術（SCR）。SCR 脫硝技術中常用還原劑有尿素、液氨和氨水。本項目以氨為還原劑，以尿素水解制得。

2、SNCR工藝原理

選擇性非催化還原法（SNCR）技術是一種不用催化劑，在850℃～1250℃范圍內還原NOx的方法，還原劑常用氨或尿素。該方法是把含有NHx基的還原劑噴入爐膛溫度為850℃～1100℃的區域后，迅速熱分解成NH3和其他副產物，隨后NH3與煙氣中的NOx進行反應而生成N2。尿素為還原劑：2NO+CO（NH2）2+ 1/2O2→2N2+CO2+2H2O

三、SNCR改造完成后所遇到問題

SNCR脫硝系統投運后，由于氨逃逸儀表尚未安裝，因此在不考慮氨逃逸的情況下，NOx排放值基本可以控制在100mg/Nm3以內，能滿足設計要求。但是SNCR投運后，也對鍋爐的效率、風機單耗等指標造成了一定影響。由下表一（2013年7月份二電站指標）與表二（2014年7月份二電站指標）對比可以看出：

在SNCR系統投運后，與2013年7月相比較，2014年7月份的排煙溫度和排煙溫差都有了明顯升高，這是由于尿素與煙氣中的SO3反應生產的NH4HSO4在空氣預熱器段會粘附在空預期管壁上，影響了煙道的換熱，造成了排煙溫度上升。為了降低排煙溫度，鍋爐車間加強煙道吹灰，由原來的每天一次改為了每天兩次吹灰，自用汽量明顯增加，同時由于尿素溶液的噴入和吹灰的加強，造成煙氣量增大，因此鍋爐風機單耗也略有提升，同比提升了0.6kwh/h。鍋爐效率也由原來的93.54%降低為93.15%，降低了0.39%。

四、針對脫銷改造遇到的問題所提意見

（1）稀釋計量模塊的尿素溶液電動調整門靈敏度不夠，尤其是#9爐，靈敏度在4%以上，嚴重影響NOX穩定運行調整。

建議：更換該電動調整門

（2）NOX自動調整程序效果不佳。

建議：優化NOX自動控制。

（3）由于前期伴熱管道不夠，到目前伴熱系統仍未完工，隨著天氣變涼，缺少伴熱和保溫的尿素管線存在結晶的危險，有可能造成脫硝系統管道嚴重堵塞的事故。

建議：盡快完成伴熱系統的施工。

（4）SNCR系統噴槍巡檢平臺尚未完工，不利于設備巡檢。

建議：盡快完善巡檢平臺。

（5）CEMS氨逃逸表計尚未安裝，運行人員不能很好的調整尿素溶液噴入量。運行近兩個月來，各爐的排煙溫度明顯上升，鍋爐吹灰力度加大，鍋爐效率降低，風機單耗增大。

建議：盡快安裝氨逃逸表計指導運行人員調整。

（6）尿素溶液與爐內SO3反應生成NH4HSO4，在空預器段粘結在空預器管道上，造成管道腐蝕和堵塞，存在極大安全隱患。

建議：加大吹灰力度，停爐及時檢查清理，同時控制氨逃逸量，避免噴入過多的尿素。

（7）爐側CEMS與脫硫塔出口CEMS測量值偏差較大，不利于運行人員監視調整。

建議：盡快完成爐側CEMS的標定。

（8）尿素制備區溶解罐、儲罐等容器保溫尚未完成。

建議：盡快完善系統保溫。

五、結論

通過上訴討論，就目前熱電廠已經改好的循環流化床鍋爐脫銷效果已經滿足國家規定的排放要求，但還有部分缺陷需要整改完善。煤粉爐脫銷改造完成后，根據實際脫銷效果再進行分析。