淺談SNCR脫硝系統用雙霧化噴槍設計

秦光耀++蘭增林

摘 要：SNCR脫硝系統憑借建設成本、工藝、效率等多方面優勢特別適合循環流化床鍋爐脫硝改造。傳統的的噴槍多數采用還原劑（如尿素溶液或氨水）和空氣直接混合后射入鍋爐，液體和氣體二者相互影響，混合后霧化后并不好，控制與調節困難、脫硝效果不佳；若采用經過設計改良的雙霧化噴槍，則混合均勻、霧化效果好，易于調節和控制，脫硝效果好。對此，本文提出了噴槍設計的技術方案。

關鍵詞：脫硝系統；雙霧化噴槍；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.196

0 引言

煤炭目前依然是我國主要能源，隨著國民經濟的快速發展，煤炭的利用和開發已經對環境造成了嚴重的破壞，每年秋冬季節北方的霧霾就是例子，燃煤電廠的鍋爐作為用煤大戶，所排放的氮氧化物，必須受到嚴格的控制。隨著國家標準《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223-2011的實施，大部分已建和新建的燃煤發電鍋爐的NOx都無法達到新標準的要求，必須選擇合適的煙氣脫硝裝置進行脫硝處理。減少NOx的方法主要在NOx 生成和脫除兩個方面下功夫。已生成的NOx脫除目前已經實現工程化的主要有SCR和SNCR兩種工藝。相比SCR系統，SNCR系統建設成本低，對現有系統改造較少，更適合用在排放并不高的電站鍋爐，特別適合循環流化床鍋爐脫硝改造，建成后運行成本低。

1 循環流化床鍋爐SNCR脫硝系統噴射系統的技術要求

某電廠鍋爐以尿素為還原劑的SNCR脫硝圖如圖1所示。其中，噴射裝置是實現還原劑與煙氣均勻混合的主要手段，是循環流化床鍋爐SNCR系統的核心。噴射裝置工程上最常見的是墻式噴射器，其主要技術要求如下：

（1）噴射器的工作環境為高溫高塵，且管內流動還原劑，所以，噴射器制造材料，應選用耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的材料。（2）噴射器的覆蓋區域，噴射器選取的種類，安裝的位置與數量，取決于鍋爐自身條件如鍋爐結構、煙氣量、煙溫、煙氣流場分布等。（3）還原劑噴射系統的設計應能適應鍋爐在最低穩燃負荷工況和BMCR之間的任何負荷下安全連續運行，并能適應機組負荷變化和啟停的要求。（4）噴射系統應設置吹掃空氣以防止煙氣中的灰塵堵塞噴射器。（5）噴射器的主要參數有：①霧化粒子粒徑分布；②霧化粒子噴射速度；③霧化噴嘴形式；④霧化角度。

目前，SNCR脫硝噴槍多采用廠用壓縮空氣與還原劑溶液直接混合，噴射流形通常是扇形或錐形。當鍋爐負荷改變或NOx的濃度改變，要改變壓縮空氣量或還原劑溶液的量，但二者相互影響比較大，非常難于調節，對控制系統要求較高等等弊端。另外，還存在噴射溶液與煙氣的反應接觸面積小，混合不均勻，脫硝效率低的缺點。

2 優良的SNCR系統的噴射系統的要求

（1）材料性能要求： 抗高溫沖擊，抗熱變形，耐磨耐腐，容易維護。（2）霧化性能要求：霧化液滴務必做到粗細結合，霧化后覆蓋面要廣，最好能均勻分布到 整個爐膛截面。（3）運行控制要求：①根據現場情況不同組合不同噴射方式，實現覆蓋面積最大；②能靈活調整單個噴嘴的霧化粒度，改變液滴蒸發時間，以適應溫度變化；③防堵塞，有冷卻，維護簡便。

3 最終選取的設計方案

所述的SNCR脫硝系統用雙霧化噴槍，還原劑溶液管道、壓縮空氣套管和保護套管采用嵌套安裝方式，噴槍和其保護套管采用快接法蘭連接。機械錐形霧化噴嘴內部安裝一個旋流片，扇形空氣霧化噴嘴內部流道端部為圓錐形，外部開一通過流道中心橫向V形槽。當脫硝系統停止時，可以通過套管吹入壓縮空氣，冷卻噴槍。當脫硝系統長期不用時，可以通過快速法蘭，方便地從套管中抽出。 特征是：所述噴槍還原劑溶液管道輸送到機械錐形霧化噴嘴，還原劑本身的壓力通過錐形噴嘴機械霧化，霧化后還原劑在壓縮空氣的帶動下通過扇形空氣霧化噴嘴進行二次霧化，以扇面的形狀高速噴向爐內，很快與煙氣均勻混合。

4 該噴槍設計方案的技術特點

（1）材質。由于噴槍的工作溫度比較高（煙氣溫度850℃～1100℃）

，而且煙氣流速快，煙氣中含有大量的粉塵，噴槍的磨損非常嚴重。因此噴槍制造材料需要耐高溫、耐磨損、耐腐蝕。關鍵部位如噴槍桿及噴嘴采用316或310s材料，止癢能夠保證關鍵部位保持高強度和抗腐蝕性。

（2） 噴霧與煙氣的混合均勻程度噴槍噴霧角度從10°～150°不

等，小角度的噴槍穿透能力強，大角度的噴槍覆蓋面積大，我們的噴槍角度約為90°。

（3）噴槍縮進、防止磨損。分離器入口煙氣磨損嚴重，因此安裝時噴槍頭部縮進煙道內壁0.5-1cm，防止噴槍頭部磨損。

（4）調節能力。噴槍采用還原劑溶液直接霧化和壓縮空氣二次

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霧化相結合的方式，使霧化效果更好；壓縮空氣流量和還原劑流量分別單獨控制：通過改變泵的轉速即可調節尿素溶液的噴射量，改變壓縮空氣的調節閥可改變霧化空氣的量。扇形噴嘴阻力小，錐形噴嘴阻力大，空氣和尿素溶液調節相互影響較小，便于調節。

（5）噴嘴結構。SNCR噴槍的霧化顆粒不是越細越好，而應該顆粒粗細均有。細顆粒占比高，穿透性太差，脫硝效率低。粗顆粒占比高，則還原劑溶液的總體表面積太小，與煙氣接觸面積小，脫硝效率低，脫硝噴槍應采用專門設計的噴嘴，保證在一定壓力下噴射，以獲得最佳尺寸和分布的液滴粒徑。

5 結束語

隨著我國國民經濟的發展，能源消費也日益增長，若不加控制，我國氮氧化物排放將日益嚴重。在SNCR脫硝系統中，用雙霧化噴槍代替傳統的氣液混合噴槍，能夠極大的提高霧化效果及脫硝效率，更易于實現減排的目標，所以雙霧化噴槍將會有很廣闊的市場。

參考文獻：

[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，2012.

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[3]陳淑賢.SNCR+SCR聯合脫硝技術應用中變化[J].廣州化工，2013

（07）：174-175.

[4]秦光耀.SNCR脫硝技術在480t/h循環流化床鍋爐上的應用[J].資源節約與環保，2014（06）：13-14.

基金項目：2017年河南省教育廳重點科研課題“循環流化床鍋爐氮氧化物超低排放工程化研究與開發”（課題編號：17A470015）

作者簡介：秦光耀（1982-），男，河南林州人，碩士，工程師，主要研究方向：火電廠節能減排。