1060T/H CFB鍋爐SNCR+SCR聯合脫硝工藝設計

楊玉環，侯致福,2

(1.山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西朔州036800；2.華北電力大學 能源動力與機械工程學院，北京102206)

1060T/H CFB鍋爐SNCR+SCR聯合脫硝工藝設計

楊玉環1，侯致福1,2

(1.山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西朔州036800；2.華北電力大學 能源動力與機械工程學院，北京102206)

針對某1060T/H CFB鍋爐NOX排放濃度長期穩定滿足不高于50 mg/Nm3的超低排放要求，設計了一套處理煙氣量為115萬Nm3/h、初始NOX含量為190 mg/Nm3，NOX排放濃度≤50 mg/Nm3的SNCR+SCR聯合煙氣脫硝系統。通過對比SNCR，SCR和SNCR/SCR 3種煙氣脫硝技術的優缺點，得出適用于CFB鍋爐NOX超低排放既經濟又環保的脫硝技術為SNCR/SCR聯合脫硝技術。對1060T/H CFB鍋爐SNCR/SCR聯合脫硝工藝的主要設計參數、工藝流程及主要組成部分進行了設計與闡述，此工藝可為國內同類型CFB鍋爐脫硝超低排放工程的改造、設計提供借鑒和參考。

煙氣脫硝；CFB鍋爐；聯合法SNCR+SCR；工藝設計

0 引言

隨著環保要求日益嚴格化，燃煤電廠煙氣中SO2，NOX，煙塵等污染物排放控制備受社會關注。我國于2011年頒布了GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》，其中明確規定了SO2，NOX，煙塵的排放限值[1-3]。2014年，發改能源[2014]2093號中對火電節能減排提出了更嚴格、明確的強制要求：東部地區新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值(即：基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10 mg/m3，35 mg/m3，50 mg/m3)。為積極響應國家政策，各燃煤發電機組均要對污染物控制系統進行優化升級改造，確保污染物排放濃度長期穩定超低達標排放。

循環流化床機組本身燃燒溫度低，分級、分段燃燒等特點，使其產生的氮氧化物較少，一般采用SNCR脫硝技術即可使NOX的排放濃度滿足GB13223-2011對其規定排放要求，但并不能滿足最新NOX的超低排放要求(不高于50 mg/m3)[2,3]。因此，針對CFB鍋爐本身特點，研究設計一種充分利用CFB鍋爐本身優勢，系統投資、運行、維護費用低，同時可長期穩定確保煙氣中氮氧化物排放濃度滿足超低排放要求的脫硝工藝具有重要意義。文中設計了一種適用于1060T/H CFB鍋爐的SNCR+SCR聯合脫硝工藝，可為國內同類型CFB鍋爐脫硝超低排放工程的改造、設計提供借鑒及指導作用。

1 煙氣NOX主要脫除技術

煙氣中NOX脫除技術均是通過在合適的溫度區域向煙氣中噴入還原劑，還原劑與煙氣中NOX發生化學反應，使NOX轉換為無害的氮氣和水[4-6]。

目前應用在燃煤電站鍋爐上成熟的煙氣NOX脫除技術主要包括SNCR，SCR和SNCR+SCR聯合煙氣脫硝技術。

1.1 SNCR煙氣脫硝技術

選擇性非催化還原技術(SNCR)是將尿素、NH3等還原劑噴至爐膛上部或分離器入口溫度為850～1 100 ℃的區域，還原劑迅速熱分解成NH3并與煙氣中NOX進行選擇性反應，生成無害的N2和H2O。

在無催化劑、溫度為850～1 100 ℃條件下，尿素、NH3等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中NOx，基本上不與煙氣中的O2作用。主要反應機理見化學反應方程(1)，若溫度過高，NH3則被氧化成NO，見化學反應方程(2)[5-7]。

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

(1)

4NH3+5O2→4NO+6H2O

(2)

還原劑參加脫硝反應的溫度窗口至關重要。NH3反應的最佳溫度窗口為850～1 100 ℃，當反應溫度過高，NH3會被氧化成NO，增加煙氣中NOX；反應溫度過低，氨逃逸增加，會使NOX還原率降低[6,7]。因此，SNCR法脫硝需注意氨逃逸對后續空預器設備、系統的影響。

SNCR脫硝效率低，大機組上為25%～50%，小機組上可達70%～80%；無需添加催化劑，反應過程無SO3的轉化；對改造場地條件要求低，適用于改造條件有限、入口NOX含量低的脫硝工程使用。

1.2 SCR煙氣脫硝技術

SCR脫硝技術與SNCR脫硝技術的化學反應原理相同，都是在煙氣中加入還原劑，在一定溫度下，還原劑與煙氣中NOX反應，生成無害的氮氣和水。

SCR脫硝是在有催化劑(鐵、釩、鉻、鈷或鉬等堿金屬)的條件下，將還原劑NH3或尿素噴至溫度為300～400 ℃區域的煙道內使之與煙氣中NOX參加反應。主要反應式如下式[7]：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

(3)

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

(4)

SCR脫硝必須有催化劑反應模塊，若想保證催化劑具有較好的催化性能，必須具有300～400 ℃較佳的反應溫度窗口。根據鍋爐本身設計差異，催化劑反應模塊一般布置于省煤器與空預器間、一級省煤器和二級省煤器間或省煤器特定盤管間等具有較佳溫度窗口的區域。SCR脫硝效率為60%～90%；催化劑會增加SO3的轉化，硫酸氫銨的生成會造成空預器的堵塞、腐蝕等[6-8]。

在SCR脫硝系統設計中，影響其運行的主要參數有：煙氣溫度、煙氣流速、煙道尺寸、煙氣微粒含量、逃逸氨濃度、SO2氧化率、催化劑活性等。同時還需考慮CFB鍋爐爐內脫硫飛灰中CaO對催化劑催化性能的影響。

1.3 SNCR+SCR聯合煙氣脫硝技術

SNCR+SCR聯合脫硝技術是結合SNCR脫硝的低成本、占地小和SCR脫硝高脫硝效率的聯合脫硝技術，多用于改造工程中場地狹小的情況[7,8]。

SNCR+SCR聯合脫硝技術首先是利用前段的SNCR脫硝系統對煙氣中的NOX進行脫除，其次是利用后段的SCR脫硝系統對NOX進行深度脫除，對于后段的SCR脫硝技術，一方面可進一步利用前段逃逸的還原劑氨進行反應，再考慮超低排放的嚴格要求，結合實際情況增加SCR補噴氨系統，確保煙氣中NOX長期穩定超低排放。聯合脫硝系統所需催化劑較少，對設備系統的影響、產生的阻力、投資等均介于SNCR與SCR間。

通過對比以上幾種脫硝技術，對環保標準要求不是很嚴格的地區、機組，針對CFB鍋爐可選用SNCR脫硝技術，煤粉鍋爐選用SCR脫硝技術；對于要求污染物超低排放的區域、機組，需選用SNCR+SCR聯合脫硝技術，一方面系統投資小、運行維護費用低，同時還可長期穩定確保污染物超低達標排放。

2 設計依據及主要設計參數

2.1 設計依據

本SNCR+SCR聯合脫硝系統主要是為長期穩定確保300 MW CFB鍋爐尾部煙囪排放的NOX達到超低排放的限值要求(不高于50 mg/Nm3)而設計的。鍋爐燃料為采掘矸(含風氧化煤)以及洗煤廠生產出的煤泥和煤矸石，燃料在CFB鍋爐爐內燃燒過程中產生煙氣的具體情況如表1所示。

表1 SNCR+SCR聯合脫硝煙氣參數

2.2 設計目標

本SNCR+SCR聯合脫硝系統設計目標主要如下[9,10]：

(1)整套聯合脫硝系統的可用率不低于98%，整套系統的主體使用壽命大于30年；

(2)聯合脫硝系統穩定運行過程中整體脫硝效率不小于75%；

(3)聯合脫硝系統穩定運行過程中煙囪出口NOX排放濃度不高于50 mg/Nm3；

(4)聯合脫硝系統穩定運行過程中的氨逃逸不大于3 ppm。

2.3 主要設計參數

SNCR+SCR聯合脫硝系統的主要設計參數如表2所示。

表2 SNCR+SCR聯合脫硝系統

注：NOX均以NO2計。

3 SNCR+SCR聯合脫硝工藝流程及組成

3.1 SNCR+SCR聯合脫硝工藝流程

SNCR+SCR聯合脫硝系統的工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 SNCR+SCR聯合脫硝工藝流程圖

3.2 SNCR+SCR聯合脫硝系統主要組成部分

SNCR+SCR聯合脫硝系統主要由噴射裝置設置于旋風分離器入口煙道處的SNCR脫硝系統和設置于尾部煙道內催化劑上部的SCR脫硝系統組成。主要包括：氨水儲存系統、氨水輸送系統、氨水稀釋計量系統、氨水噴射輔助霧化系統、噴槍保護風系統、氨水分散噴射系統及輔助系統。

(1)氨水儲存系統

氨水作為脫硝用還原劑，外購后通過汽車運至還原劑儲存區域。氨水儲罐體積為100 m3，為廠內各機組脫硝還原劑公用設備，罐頂部設有呼吸閥，用于調整氨水儲罐內壓力變化。

(2)氨水輸送系統

還原劑氨水經脫硝泵由氨水儲罐輸送至氨水分散噴射系統，并通過雙流體噴槍噴至旋風分離器入口煙道和尾部煙道催化劑上部的脫硝反應區參加脫硝反應。

(3)氨水稀釋系統

除鹽水經除鹽水泵輸送，與氨水輸送泵輸送的還原劑氨水混合后一并噴入氨水分散噴射系統至脫硝反應區還原煙氣中NOX。除鹽水作用：一方面根據現場NOX調解需要稀釋還原劑氨水的濃度，另一方面調整還原劑氨水進入分散噴射系統的壓力和流量，確保霧化效果。

(4)氨水噴射輔助霧化系統

系統設有壓縮空氣輔助霧化系統，壓縮空氣引自廠區壓縮空氣母管，并新增壓縮空氣罐。壓縮空氣引至氨水分散噴射系統中雙流體噴槍連接口，對還原劑氨水起輔助霧化作用，以確保還原劑噴射霧化效果，提高還原劑與煙氣混合的均勻性。

(5)噴槍保護風系統

噴槍保護用風引自廠區流化風母管，流化風母管來流化風引至氨水分散噴射系統中雙流體噴槍連接口，以確保雙流體噴槍安全、穩定和高效運行。

(6)氨水分散噴射系統

氨水分散噴射系統由布置于旋風分離器入口煙道處的氨水噴射裝置和布置于尾部煙道內催化劑上部的氨水噴射裝置組成。單臺機組共4個旋風分離器，每個旋風分離器入口煙道處布置5支雙流體噴槍，每臺機組尾部煙道內催化劑上部合適溫度區域的前后墻或左右墻各布置5支雙流體噴槍，單臺機組布置還原劑氨水噴射裝置30套。

(7)輔助系統

因工藝需要設置的控制、電氣以及其他公用設施。控制系統采用DCS控制系統集中控制，無需單獨安排人員進行監視和控制，只在DCS集中監控系統操作員站對工藝系統的被控對象和系統指標自動監測及控制。

4 結論

(1)1060 T/H CFB鍋爐采用SNCR+SCR聯合煙氣脫硝系統來確保NOX排放濃度滿足超低排放要求，可為國內同類型CFB鍋爐脫硝超低排放工程的改造、設計提供借鑒和指導作用。

(2)聯合煙氣脫硝系統主要設計參數為：最大處理煙氣量115萬Nm3/h、初始NOX含量190 mg/Nm3，可用率≥98%，脫硝效率≥75%，NOX排放濃度≤50 mg/Nm3，最大還原劑(25%氨水)耗量1 170 kg/h。

(3)聯合煙氣脫硝系統由噴射裝置分別布置于旋風分離器入口煙道處的SNCR脫硝系統和尾部煙道內催化劑上部的SCR脫硝系統組成。主要包括：氨水儲存系統、氨水輸送系統、氨水稀釋計量系統、氨水噴射輔助霧化系統、噴槍保護風系統、氨水分散噴射系統及輔助系統。

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[10] HJ 562-2010, 火電廠煙氣脫硝工程技術規范 選擇性催化還原法 [S].

Process Design of Combined SNCR and SCR Denitrification Technology about 1060T/H CFB Boiler

YANG Yuhuan1, HOU Zhifu1,2

(1. Shanxi Pingshuo Gangue-fired Power Generation Co., Ltd., Shuozhou 036800, China;2.School of Energy and Power Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

A set of flue gas treatment system combining SNCR and SCR denitrification technology is designed in this paper, aiming at the existing problem that the long-term NOXemission concentration of a certain 1060 T/H CFB boiler was stable and met the ultra-low emission standard of no more than 50 mg/Nm3, which handles 1.15 million Nm3/h flue gas, initial NOXcontent is 190 mg/Nm3, and NOXemission concentration less than 50 mg/Nm3. The combined SNCR and SCR denitrification technology is suitable for CFB boiler whose NOXemissions standard is ultra-low and can be economical and environmental by comparison of the advantages and disadvantages among three kinds of flue gas denitration technologies, SNCR, SCR and SNCR/SCR. The main parameters of the process design, process flow diagram and the main components of SNCR and SCR denitrification technology for 1060 T/H CFB boiler are addressed, which can provide reference for other similar tower rebuilding and designing of ultra-low emissions of domestic CFB boiler denitration.

flue gas denitrification; CFB boiler; combined SNCR+SCR; process design

2015-12-11。

楊玉環(1983-)，女，工程師，主要從事循環流化床鍋爐清潔燃燒、節能減排技術的研究，E-mail：yangh8386@126.com。

X511

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2016.02.011