SNCR 與O3 氧化協同脫硝在循環流化床的應用

盧曉斌

（中國石化茂名石化分公司熱電分部動力一車間，廣東 茂名 525011）

當前CFB 鍋爐屬于無焰燃燒，因為其爐膛與床料相較于煤粉鍋爐的溫度更低，所以在爐膛中所產生的氮氧化物之中，大多數屬于燃料型氮氧化物，熱力型與快速型的氮氧化物的含量則不高，如此一來就會導致氮氧化物在爐膛內的產生量變低。CFB 鍋爐的SNCR 煙氣脫硝技術的優點主要表現在：系統難度低，不復雜，且前期投入資本不高；系統改造起來較為便捷，而且將其與其他技術聯合使用融合性高。CFB 鍋爐的使用經驗分析研究顯示，CFB 鍋爐的二氧化氮的排放量比較低。這是由于CFB 鍋爐的溫度通常情況下處于860 攝氏度左右，另外CFB 鍋爐使用分級燃燒的方式，也能夠有效的降低二氧化氮。經過對效率進行實際試驗得知，SNCR 脫硝技術的實際脫硝效率能夠在CFB 鍋爐之中十分理想，因此前景美好。安置在鍋爐內部除塵器的出口低溫部位煙道的脫硝方案，可以提升臭氧的短時間氧化速度以及高效率的脫硝能力，使得煙道內的二氧化氮排放率合理降低，從而達到環保規定排放標準。

1 CFB 鍋爐SNCR 加O3 氧化協調脫硝系統簡介

1.1 CFB 鍋爐基本情況

循環流化床鍋爐的關鍵構成部分有爐膛、尾部對流煙道旋、自平衡“U”形回料閥和風分離器等等。其中燃燒室的蒸發受熱面使用膜式水冷壁，而水循環則使用單段蒸發系統、自然循環系統以及單汽包系統。分離器、爐膛以及回料閥共同構成了CFB 鍋爐的重要結構——物料外循環回路。

1.2 SNCR 脫硝系統基本情況

SNCR 脫硝技術主要是利用將鍋爐爐膛出口部位噴灑適量還原劑，當煙氣的溫度達到900 攝氏度左右的時候，容易把其中的氮氧化合物進行還原，還原可以獲得氮氣和水。由于SNCR 脫硝技術的整體系統構成較為簡單，所以改造的時候不需要使用催化劑，而且綜合的運行所耗費的資金不高。使用SNCR 煙氣脫硝技術，可以把質量濃度為50%的尿素溶液用作脫硝的還原試劑。

SNCR 系統是一個爐膛內部燃燒之后的脫硝反應，而尿素溶液能夠在爐內相對溫度的窗口區域充分的分布，這也是決定這一系統性能的關鍵影響要素。當對系統進行優化以及調試的階段，每支噴槍的流速和霧化能力都需要依照鍋爐的實際運轉負荷以及氮氧化物濃度加以調節，從而保證在系統進行優化調試的階段，每個噴槍的霧化效果以及速度等要素，能夠按照鍋爐的實際運行負荷以及氮氧化物的濃度開展進一步的調節，從而使得系統的整體性能需求能夠得到充分的滿足。

1.3 臭氧氧化脫硝系統概況

絕緣體通過阻隔以及放電產生的高能電子使氧氣被分解成氧元素，氧元素能夠迅速和氧氣產生化學反應，生成臭氧。使用石英玻璃管以及微間隔的放電方式，在低電壓的作用之下能夠實現較為高效的介質阻隔放電，由放電所產生的大部分高能電子，在石英玻璃管中能夠發生復雜的化學作用，最終產生臭氧。

臭氧的氧化脫硝技術使用低溫氧化的原理。其脫硝流程如下圖1 所示。主要是把臭氧輸入煙氣氣流之中，同煙氣一起通入到綜合氧化區域，煙氣中包含的二氧化氮同臭氧相互作用，便會被氧化成為五氧化二氮，并直接通入到吸收塔之中，五氧化二氮同水接觸，發生化學反應，生成HNO3。只要對煙氣通入一側的氮氧化物量，以及吸收塔出口凈煙氣中所使用的氮氧化物量的偏差進行計算，便能夠確定需要使用的臭氧量。

2 SNCR 脫硝和臭氧氧化協同脫硝系統效率試驗

為了對SNCR 脫硝技術以及臭氧脫硝設施的實際脫硝效率和水平進行測定，并且為了能夠對所提供的數據進行深入優化，利用不同工況的性能測試，對SNCR 脫硝技術以及臭氧脫硝系統的每項指標加以判定，確定其能夠與預期需求相符，然后分析并且指出存在的問題。

圖1 臭氧氧化脫硝工藝流程簡圖

2.1 100%MCR 工況下性能試驗

當機組處于100%MCR 的運作工況的時候，對脫硝系統的出口部位的氮氧化物濃度、按期逃逸濃度進行測定，然后計算脫硝的效率。計算脫硝效率的方法是：先對省煤設備的出口處的煙氣之中氧氣和一氧化氮的濃度進行測量，通過測量獲得的數據來計算脫硝的效率。最終結果是，當處于滿負荷工況的時候，入口處的氮氧化物平均數值為267.53mg/Nm3，出口處的氮氧化物平均值為88.42mg/Nm3，計算獲得的脫硝效率為66.71%。

2.2 臭氧氧化脫硝系統性能試驗

不投用SNCR 系統，維持鍋爐的負荷，經過對臭氧發生器的電功率進行調節，對豎井煙道CEMS 內的氮氧化物數值以及吸收塔煙道出口CEMS 之中的氮氧化物數值，并加以對比。通過使用臭氧進行脫硝處理之后，煙氣之中氮氧化物的整體濃度從之前的267.53mg/Nm3，降低至168.21mg/Nm3，脫硝效果顯著。不過從數值的角度來看，僅僅使用NLO-20K 臭氧發生器，無法充分滿足三架爐煙氣臭氧氧化脫硝的全部需求。也從這里可以了解到，臭氧發生器除了能夠脫離氮氧化物之外，也和臭氧的產量具有較深的聯系。

臭氧脫硝的效能同煙氣的溫度、臭氧濃度都有著一定的聯系，而目前鍋爐內的煙氣溫度為150℃，臭氧的產量保持在19.6g/h 的狀態時，能夠減少氮氧化物33mg/Nm3左右。

通過使用臭氧進行脫氧處理之后，煙氣之中的氮氧化物的排放濃度從86.82mg/Nm3降低到52.43mg/Nm3，脫硫效果十分顯著，總體的氮氧化物濃度能夠充分的滿足環保和制造加工等生產活動的需求。

3 SNCR 和臭氧脫硝設施的系統優化

3.1 尿素噴槍的優化

在檢修階段對尿素噴槍進行綜合檢查，發現二區設置的12 個噴槍的嘴巴和套管部位都存在一定的磨損，噴槍下部的澆注料已經開始受到腐蝕，導致水冷壁管的安全性受到危害，并且也干擾到噴槍的霧化效能，從而使得脫硫效率減弱。

面向SNCR 系統前部分調試過程中發生的噴槍受損問題，按照試驗狀況對其受損因素進行分析，確定將噴槍的噴嘴放在冷卻套管中，以此實現優化。如果噴槍的噴嘴在冷卻套管之中有偏離問題，那么便會導致噴槍吹出的冷卻風在內壁的間隔之中分配極為不均，使得冷卻套管和噴嘴貼合部位容易產生污垢，堆積灰塵。對此，將噴槍的內部套管安定十字架能夠防止噴槍的偏離。

3.2 SNCR 噴口處受熱面腐蝕的優化

投用SNCR 系統之后，停爐進行檢查，發現尿素噴射器嘴部的澆注料受到了極其嚴重的腐蝕，并且有些澆注料已經漏出來其中的銷釘。引起這一問題的主要原因在于噴槍噴嘴的安設部位不夠合理、以及還原劑在鍋爐中噴射的寬度與深度的不合理，導致噴槍的嘴部周圍有尿毒液體不斷的滴落在下面的澆注料之上。通過分析得知，尿毒溶液落在澆注料之上，會產生不間斷的液體薄膜，當溫度較高的時候，尿素就會分解產生甲銨（具有較強的腐蝕能力），從而使得澆注料受到破壞。

可以通過以下方法進行優化，解決其腐蝕受損問題：①在不對鍋爐的整體效能帶來影響的條件下，合理的降低尿素液體的濃度，從而降低對澆注料的腐蝕能力；②把尿素噴槍部位的澆注料替換成對于甲胺溶液耐性較高的SiC 材料；③一定周期內對噴槍的霧化效果進行檢查，若是發現效果不合格，立即進行替換。

4 結語

本文系統性的對某一電站的三臺410t/h 循環流化床鍋爐通過增加SNCR 和臭氧氧化脫硝應用進行了研究，目的在于實現不同技術的聯合脫硝應用，以此減輕排放煙氣中含有的二氧化氮濃度。