增強型SNCR脫硝技術在電站鍋爐上的應用

馬務

摘 要：該文設計了一套SNCR脫硝系統，在循環流化床鍋爐上進行了應用，采用添加劑提高了系統脫硝效率，分析了添加劑對脫硝系統的影響規律。性能測試數據表明，機組滿負荷下，尿素溶液流量90 kg/h、150 kg/h、150 kg/h加添加劑3個工況的氮氧化物排放分別為56 mg/Nm3、44.3 mg/Nm3和37.4 mg/Nm3，氨逃逸均在8 ppm以下，最高脫硝效率達到了70%。

關鍵詞：循環硫化床鍋爐 氮氧化物 脫硝效率 添加劑

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（b）-0089-03

為進一步降低燃煤電廠污染物排放量，2015年12月2日，國務院常務會議決定在全國燃煤電廠實施超低排放。為貫徹落實會議精神，環境保護部、國家發展和改革委員會、國家能源局印發了《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》，具體指導燃煤電廠超低排放工作。方案中明確規定，到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50 mg/Nm3）。

1 工藝概述

SNCR脫硝技術是指在沒有催化劑的情況下，將還原劑（尿素溶液或氨水）直接噴入爐膛內溫度為800 ℃～1250 ℃的區域內，與煙氣中的NOx反應，生成N2和水，以達到脫除NOx的目的[1-2]。

在800℃～1250 ℃范圍內，NH3或尿素還原NOx的主要反應為：

氨水為還原劑：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

尿素為還原劑：4NO+2CO（NH2）2+O2→4N2+2CO2+4H2O2

由于SNCR脫硝技術系統簡單，且對爐膛運行溫度較為敏感，因此，脫硝效率具有一定的局限性，為達到更好的脫硝效果，實際運行中可向還原劑中加入一定量的鈉鹽、CO、H2O2和醇類等添加劑，能有效提高系統脫硝效率[3-5]。

2 工藝系統

2.1 鍋爐參數

某熱電廠的2臺型號為：DG450/9.81-1型循環流化床鍋爐。鍋爐型式為：高壓自然循環汽包爐。特點為：單爐膛、平衡通風、全鋼架支吊方式。鍋爐采用循環流化床燃燒技術，在燃用設計煤種時，能夠在30%～100%負荷范圍內穩定運行，循環物料的分離采用2個汽冷式旋風分離器。鍋爐設計排煙溫度為130 ℃，鍋爐設計效率91.2%。爐膛出口煙溫760 ℃～890 ℃，氮氧化物出口濃度102～176 mg/Nm3（標態、干基、6%O2）。表1為鍋爐設計煤質表，表2為鍋爐煙氣設計參數表。

2.2 脫硝系統

SNCR脫硝系統主要分為還原劑制備、輸送和噴射3部分，該項目使用尿素作為還原劑。圖1為脫硝系統流程圖。

尿素溶液制備系統由尿素溶解罐、尿素溶液輸送泵、斗提機、尿素溶液儲罐及相關管道閥門組成。尿素顆粒和添加劑由斗提機送入尿素溶解罐，由除鹽水制成質量濃度為50%的尿素溶液，經尿素溶液輸送泵打入尿素溶液儲罐。

尿素溶液輸送系統采用模塊化設計供貨，由稀釋水模塊、高流量循環模塊、背壓模塊、計量模塊和分配模塊組成。稀釋水模塊和高流量模塊的作用是分別將除鹽水和50%尿素溶液輸送至噴射區域附近的計量模塊，稀釋成5%～10%濃度的尿素溶液，由分配模塊送至各尿素溶液噴槍，多余的尿素溶液由背壓模塊重新進入尿素溶液儲罐。

尿素溶液經噴槍壓縮空氣霧化后，進入旋風分離器內，與煙氣中的氮氧化物進行反應。

3 運行情況

某熱電廠的2臺爐公用一套尿素溶液制備系統，對應一套高流量循環模塊及背壓模塊，每臺爐有一套稀釋水模塊和計量模塊，2套分配模塊，每個分配模塊對應6支噴槍，每臺爐共12支噴槍，尿素溶液在噴槍內霧化成顆粒狀液滴，增大了與煙氣的接觸面積，便于脫硝反應的進行。表3為機組運行的主要數據。

某電科院對鍋爐的脫硝系統進行了性能試驗，試驗分為3個工況，分別為50%尿素溶液流量90kg/h、150kg/h和150kg/h加添加劑。表4為各工況下脫硝系統的運行數據。

工況一、二、三分別對應50%尿素溶液流量90 kg/h、150 kg/h和150 kg/h加添加劑。三種工況的氮氧化物排放分別為56 mg/Nm3、44.3 mg/Nm3和37.4 mg/Nm3，各個工況下的氨逃逸均在8 ppm以下，在加入添加劑的情況下，最高脫硝效率可以達到70%。

4 添加劑的影響

在實際運行中，尿素溶液中加入適量的添加劑后，機組的氮氧化物排放有了明顯降低，這是因為添加劑對脫硝反應的進行在一定的條件下具有促進作用。圖2為實驗室條件下，添加不同濃度的添加劑對脫硝效率的影響。

可以看出，在沒有添加劑的情況下，脫硝效率隨著反應溫度的升高，先增加再降低，在950 ℃～1 125 ℃的溫度區間內，脫硝效率可達到65%以上，此溫度為脫硝反應的溫度窗口。隨著添加劑濃度的升高，脫硝效率的曲線向左移動，溫度窗口擴寬為900 ℃～1 125 ℃，且最高脫硝效率也隨之升高。當溫度升高到1 125 ℃以后，脫硝效率有所下降，這是因為溫度過高會使尿素分解產生的NH3氧化成NOx，抵消了部分脫硝效果。添加劑的存在不僅可以提高脫硝效率，也可以使脫硝系統在較低的反應溫度下正常運行。

5 結語

根據循環流化床鍋爐的運行特點和設備布置的具體情況，采用SNCR脫硝技術來減少機組氮氧化物的排放，針對機組運行中旋風分離器溫度較低的特點，在脫硝還原劑中加入添加劑，并適量降低系統稀釋水耗量，增大霧化空氣壓力，保證脫硝系統穩定有效運行，最高脫硝效率達到了70%。

參考文獻

[1] 劉洪濤，牛勝利，韓奎華，等.非催化煙氣還原脫硝法脫硝特性的實驗研究[J].動力工程，2009，29（9）：850-853.

[2] 韓奎華，路春美，王永征，等.選擇性非催化還原脫硝特性試驗研究[J].中國電機工程學報，2008（14）：80-85.

[3] 郝吉明，王書肖，陸永琪.燃煤二氧化硫污染物控制技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2001.

[4] 段傳和.選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝[M].北京：中國電力出版社，2012.

[5] 白建寧，李戰國.330MW循環流化床鍋爐運行優化[J].華北電力技術，2016（1）：55-58.