SNCR+SCR聯合脫硝技術在煤粉爐的應用

仇云霞，王一東

（江蘇科行環保科技有限公司，江蘇　鹽城　224051）

SNCR+SCR聯合脫硝技術在煤粉爐的應用

仇云霞，王一東

（江蘇科行環保科技有限公司，江蘇鹽城224051）

SNCR+SCR聯合脫硝技術是結合選擇性非催化還原法（SNCR）技術投資低、選擇性催化還原法（SCR）技術效率高的優點，有效避免選擇性非催化還原法（SNCR）技術效率低、選擇性催化還原法（SCR）技術投資高等缺點而發展起來的一種脫硝工藝技術。通過某廠410t/h高溫高壓煤粉鍋爐脫硝項目案例，介紹了SNCR+SCR聯合脫硝技術。其中SNCR技術的工藝設計包括用于確定噴射方案的計算流體動力模擬技術（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）。

脫硝；選擇性非催化還原法；選擇性催化還原法；煤粉鍋爐；流體動力模擬技術

為滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的排放標準，中國石油吉林石化公司要求在鍋爐裝置的60％～100％鍋爐負荷工況范圍內，入口NOx的濃度不高于350mg/Nm3（6％含氧量，干基標態）的情況下，出口煙氣NOx的濃度不高于90mg/Nm3（6％含氧量，干基標態），且氨逃逸不大于5ppm（6％含氧量，干基標態）。

1　鍋爐概況

吉林石化公司動力二廠配備的鍋爐型號為HG-410/9.8-YM15，該鍋爐采用四角切圓的燃燒方式、鋼球磨中儲倉干燥劑送粉的制粉方式、螺旋撈渣機固態排渣方式，燃燒的煤質為煙煤。SNCR+SCR聯合脫硝工藝具有兩個反應區，第一個反應區位于爐膛上方28～33m之間（屏式過熱器中下部高度位置），此區間溫度為960℃左右（100％BMCR），完全滿足SNCR脫硝850℃～1100℃的溫度要求；第二個反應區位于上級省煤器下方，此區間溫度為410℃左右（100％BMCR），也完全滿足SCR脫硝320℃～420℃的溫度要求。由于該鍋爐上級省煤器與上級空氣預熱器之間有4.5米的凈空間，完全可以通過改造和擴展煙道來布置反應所需的催化劑。

2　SNCR+SCR聯合脫硝技術機理

2.1聯合脫硝技術的原理

SNCR+SCR聯合脫硝技術不是將SNCR技術和SCR技術進行簡單的疊加，而是一種結合SNCR投資省、SCR脫硝效率高技術特點的工藝。

SNCR+SCR聯合脫硝工藝具有兩個反應區，第一個反應區間是通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統將氨水噴入爐膛，在高溫下，氨水與煙氣中的NOx在沒有催化劑參與的情況下發生還原反應，實現初步脫硝，然后未反應的氨和下游通過噴氨格柵補噴的氨進入第二個反應區間，在有催化劑的情況下，將煙氣中的NOx轉化為氮氣和水。其主要反應方程式為：

2.2聯合脫硝技術的工藝流程（如圖1）

圖1　氨流程圖

1）將業主原有純度為99.6％的液氨通過管路輸送氨水制備器中配置成20％的氨水，通過裝置自身壓力，氨水進入到氨水儲罐，當儲罐達到指定液位時，制備裝置停止制備工作；2）氨水儲罐的氨水，經高流量循環系統（HFD）送至爐前的稀釋計量模塊，回流的溶液經過背壓閥組后自動返回儲罐；3）稀釋計量模塊分為兩個功用區域：第一個功用區域將20％的氨水，在調節閥和流量計的作用下自動控制第一反應區所需的氨水用量，通過變頻泵將稀釋水輸送到靜態混合器與20％氨水混合，混合后的5％的氨水輸送到分配模塊，經分配模塊調節后送入噴射器；第二個功用區域將20％的氨水，在調節閥和流量計的作用下自動控制第二反應區所需的氨水用量，通過噴槍噴入蒸發器，蒸發后的氨氣和水蒸汽進入噴氨格柵。

2.3噴槍布置原則

（1）設計思路

1）選取鍋爐為計算對象，采用CFD計算軟件前置處理器Gambit對鍋爐進行1︰1大小的三維建模和網格劃分；2）結合熱力匯總數據及爐型尺寸，在CFD計算軟件Fluent中合理設計模型及邊界條件，湍流模型采用標準k-ε雙方程模型，燃燒模型采用Non-premixed combustion模型，采用P1輻射模型來計算輻射換熱量，得到爐內流場溫度場結果將作為SNCR反應的基礎環境；3）采用Discrete Phase Model離散形模型，將氨水設置為離散相；4）采用與實際噴槍霧化效果最為接近的空氣輔助霧化模型（Air-blast-atomizer）作為噴射方式，保證噴氨總量不變的條件下，通過調整噴射速度、霧化角度、霧化粒徑等參數對氨氣的混合效果進行分析，得到最優的噴射方案。

（2）模擬試驗數據

爐內煙氣速度分布見圖2，煙氣溫度分布見圖3，煙氣運動軌跡見圖4。

圖2　爐內煙氣速度分布

圖3　爐內煙氣溫度分布

圖4　爐內煙氣運動軌跡

由圖2～圖4的模擬圖片可以看出爐內煙氣流動的大致范圍（3～7m/s）和運動軌跡，由于四角切圓燃燒方式的特殊性，會造成下游煙氣在上部爐膛成大范圍旋轉流動，這種流場將對噴入爐膛的氨水的運動軌跡造成影響。

下層噴槍噴射效果見圖5，上層噴槍噴射效果見圖6，兩層噴槍全開時噴射效果見圖7。

圖5　下層噴槍噴射效果

圖6　上層噴槍噴射效果

圖7　兩層噴槍全開時噴射效果（俯視圖）

由圖5～圖7的圖片可以看出氨水霧化的效果，圖中顏色（即氨水溶液）表示離散相運行至當前位置所經歷的時間，氨水噴入后將在0.5s內全部蒸發完。從運動軌跡上看，氨水蒸發前受到切圓燃燒產生的旋轉煙氣攜帶，兩層噴槍互補，將爐內截面完全覆蓋。

（3）聯合脫硝技術特點

1）催化劑用量少，空間布置簡單。該項目通過對鍋爐資料收集和現場實際情況的分析，直接將催化劑置于上級省煤器與上級空氣預熱器之間的煙道內，僅僅將煙道做了些修改就能滿足設計要求，降低投資成本。2）SO2轉化率低，引起的腐蝕和ABS阻塞問題小。隨著催化劑用量的減少，SO2轉化為SO3的副反應也減少。煙氣中SO3的含量較少，使得煙氣在酸露點形成的硫酸霧減少，對下游設備的腐蝕減少；同時形成NH4HSO4的量也減少，即堵塞的問題也變小。3）系統阻力小，引風機無需改造。由于在尾部煙道內只增加了一層催化劑，增加的阻力小于400Pa，無需對引風機進行改造，減少投資，縮短工期。

3　存在的問題及對策

（1）氨分布不均勻

在熱態調試的過程中發現，鍋爐蒸發量低時（246～300t/h），脫硝效率為35％～40％，尾部豎井氨逃逸取樣點的濃度都低于3.5ppm，滿足預期效果；當鍋爐蒸發量高時（250～410t/h），脫硝效率為35％～40％，尾部豎井后側氨逃逸取樣點的濃度低于3.5ppm，而尾部豎井前側氨逃逸取樣點的濃度達到30ppm，氨逃逸嚴重超標。

解決措施：降低SNCR噴氨總量，在上級省煤器上方加裝噴氨格柵進行補噴氨，優化氨在尾部煙道的分布，提高脫硝效率，降低氨逃逸。

（2）噴射量的調整響應滯后

在168h試運行期間，由于采用前饋串級控制方式（兼顧脫硝效率與NOx出口濃度控制方式），出口NOx濃度波動大，噴氨量與NOx濃度波動響應延遲接近3分鐘，導致出現出口NOx濃度短時間超標的現象。

解決措施：采用動態RBF神經網絡控制，將入口煙氣NOx含量、出口煙氣NOx含量、煙氣入口溫度、入口煙氣氨氮摩爾比、出口煙氣NOx設定值寫入SA-RBF預測控制器，原PID控制作為干擾量，進行干擾補償以提高對噴氨量的精確控制。

4　結語

SNCR+SCR聯合脫硝技術是一種適合發展中國家治理NOx的技術，無論是初期建設費用還是后期運行費用，都與發展中國家經濟實力薄弱這一特性相適應。由于投資相對低廉、脫硝效率能滿足環保要求等特點，已被越來越多的客戶所接受；另外，由于SCR技術中SO2轉化而引起的下游設備腐蝕和ABS堵塞等問題隨著時間的推移正在被放大，所以SNCR+SCR聯合脫硝技術將是未來一個備受關注的亮點技術。

Application of SNCR & SCR Combined Denitration Technology in Pulverized Coal Boiler

QIU Yun-xia，WANG Yi-dong

X701

A

1006-5377（2016）10-0063-03