75t鏈條爐煙氣脫硝工藝的應用研究

袁瑞龍　華玉龍　張勤樂于江　曹城建　謝志平　中國聯合工程公司　杭州　寧波正源電力有限公司　寧波

75t鏈條爐煙氣脫硝工藝的應用研究

袁瑞龍1華玉龍1張勤樂2于江2曹城建1謝志平11中國聯合工程公司杭州2寧波正源電力有限公司寧波

為實現煙氣達標排放，寧波正源電力有限公司4臺75t/h鏈條爐采用SNCR/SCR耦合工藝進行煙氣脫硝。項目實施過程中發現NOx排放和預期不符，實地測量和數值模擬發現爐膛溫度整體偏低。經過重新布置噴槍位置，增設催化劑層等，成功實現NOx達標排放，同時具備良好的經濟效益。

SNCR；SCR；脫硝；鏈條爐

氮氧化物的排放會造成臭氧空洞、溫室效應及酸雨等環境問題[1]，因此《火電廠大氣污染物排放標準》[2]規定，新建的大型燃燒設施NOx排放濃度需低于100mg/Nm3。

寧波正源電力有限公司建有4臺75t/h鏈條爐，為滿足國家相關部門規定，需安裝煙氣脫硝裝置，實現煙氣達標排放。鏈條爐相比于循環流化床鍋爐和煤粉鍋爐，工況復雜，燃燒溫度不高[3]，在實施脫硝工程時，沒有現成的案例可以照搬，必須在項目設計和實施過程中有針對性地摸索和完善。根據鍋爐運行參數，結合其它鍋爐脫硝工程的經驗，確定該鏈條爐采用SNCR/ SCR耦合脫硝工藝，即在爐膛上布置噴槍，在省煤器后布置催化劑，系統投運后NOx排放未能達標。結合數值模擬結果和實測數據，對噴槍位置進行改造，并在尾部煙道增設一層催化劑，成功實現NOx達標排放。

1 鍋爐煙氣參數

寧波正源電力有限公司4×75t/h鍋爐煙氣主要參數見表1。

表1　 煙氣主要參數

2 脫硝機理

本項目采用SNCR/SCR 耦合脫硝工藝，該技術將SNCR工藝的低成本和SCR工藝的高脫硝率、低氨逃逸有效結合。同時SNCR工藝噴入鍋爐的NH3可為SCR提供反應所需的還原劑。

SNCR工藝以爐膛為反應器，在無催化劑的作用下，用氨水作還原劑，噴入爐膛內，還原劑可選擇性地把煙氣中的NOx還原為無毒無害的N2和H2O，其脫硝效率在35%～70%左右。其主要反應為：

SCR工藝以鍋爐尾部煙道作為反應器，在催化劑的作用下，在溫度約為350～380℃的煙氣中反應，將NOx還原為無毒無害的N2和H2O。其主要反應為：

SNCR/SCR 耦合脫硝工藝流程圖如圖1所示。

影響SNCR/SCR耦合工藝脫硝效率的因素較多，如爐內溫度分布、氨水噴入量、噴射效果、催化劑的性質和含量等。燃煤鍋爐在理想情況下，SNCR/SCR耦合工藝能得到75%以上的NOx脫除率，并保持低的氨逃逸量。無論是SNCR工藝還是SCR工藝，都需要合適的溫度范圍，這個溫度范圍稱為反應的溫度窗口。SNCR工藝的溫度窗口為850～1100℃[4]。

圖1　 SNCR-SCR耦合脫硝技術示意圖

如圖2所示，當溫度低于800℃，反應速率越來越低，NOx脫除率低，并且伴隨高的氨逃逸；當溫度高于1100℃時，氨基還原劑會與煙氣中的氧反應生成NOx，導致NOx排放濃度增加。因此在安裝SNCR和SCR裝置時，選擇合適的安裝位置至關重要。

圖2　 SNCR脫硝效率與溫度的關系

3 項目實施

3.1初步方案

該煙氣脫硝項目采用20%氨水作為還原劑，采用SNCR/SCR耦合工藝。

設計要求：脫硝系統入口NOx濃度不高于520mg/ Nm3（干基、標態、6%O2）時，要求出口NOx濃度小于100mg/Nm3（干基、標態、6%O2），綜合脫硝效率≈81%。

項目實施時，在爐膛上布置兩層噴槍，每層4只，SCR反應器設置1層催化劑，期SNCR脫硝效率為50%，SCR脫硝效率為67%，綜合脫硝效率達到83%。第一次投運后，發現實際脫硝效率達不到預期，NOx排放濃度維持在200mg/Nm3（干基、標態、6%O2）左右。增加氨水噴入量，脫硝效率有所提高，但是仍不能達標，同時氨逃逸大大增加，二次污染嚴重。

3.2原因分析

經過實地測量，發現各氨水噴入口實際溫度＜800℃，達不到SNCR工藝最佳的溫度窗口850～1100℃，結合數學模擬結果（如圖3所示），爐膛內部也沒有合適的溫度窗口，因此，此溫度范圍并不利于SNCR反應。

再測量SCR反應器入口煙氣的溫度，鍋爐滿負荷時該溫度約為320℃左右，也低于SCR脫硝反應提出的350～380℃要求。

表2　 各階段運行成本分析表

3.3方案調整

基于出現的問題，必須調整氨水的噴入位置，使噴槍的布置位置向更高的溫度靠攏，從而提高反應速率。同時，對SCR反應器也要進行相應的改造，在不能改變反應溫度的情況下，增加催化劑層，達到提升NOx脫除率的效果。

改進方案如下：撤銷原有4支噴槍，原噴槍開孔位置下移，使其盡量接近火焰中心位置，調整后的SNCR噴槍位置的溫度提高到850℃以上，接近SNCR反應的溫度窗口。同時在過熱器和再熱器前端水平煙道處設置兩支噴槍，作為SCR反應還原劑的噴入口；在SCR反應器增設一層催化劑層，這兩項措施既能保證SCR反應有足夠的還原劑，又能保證SCR脫硝效率大大提高。

圖3　CFD數值模擬爐膛內溫度分布

經過氨水噴射位置的調整和增設催化劑層，NOx排放濃度顯著降低，達到國家的相關規定，即＜100mg/Nm3。同時，出口氨逃逸量也維持在5ppm以下。

4 經濟性分析

從表2可以看出，在脫硝方案調整后，每臺鍋爐脫硝經濟效益增加了110.4萬元。

5 結論

寧波正源電力有限公司鏈條爐在實施脫硝工程時，參照其它項目的經驗，采用SNCR/SCR耦合脫硝工藝，未能達到如期效果，而后根據實際情況進行分析和改造，充分發揮SNCR工藝和SCR工藝的特點，最后實現氮氧化物達標排放，同時實現了很好的經濟效益和環保效益。

[1] 段傳和,夏懷祥,等. 選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝[M].北京:中國電力出版社, 2011.

[2] 中華人民共和國環境保護部.火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）[S]. 2011.

[3] 程祖田.流化床燃燒技術及應用[M]. 北京: 中國電力出版社, 2013.

[4] 宋順鑫.大型鏈條爐SNCR脫硝試驗及數值模擬[D]. 杭州:中國計量學院, 2014.

袁瑞龍,1970年生，本科，高級工程師，從事環境保護相關工程及研究。