SNCR脫硝裝置對CFB鍋爐運行的影響研究

邊海龍

摘要：基于CFB鍋爐煙氣脫硝裝置，僅要求40%～70%的脫硝效率就可以實現NO。達標排放，因此，國內大部分的CFB鍋爐脫硝改造工程均選擇選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝工藝。本文結合現場性能試驗和理論分析，對SNCR脫硝裝置對CFB鍋爐運行影響的情況進行研究。

關鍵詞：SNCR;脫硝裝置;CFB鍋爐運行

目前我國燃煤電廠氮氧化物排放量持續增長，由此引起的環境污染問題日益突出。選擇性非催化還原（SNCR）技術作為一種簡單經濟的N0x控制技術，建設周期短且改造相對容易，同時可與其他NOx控制技術復合應用達到較高的脫硝效率，適用于我國新建燃煤電廠及現有電廠改造。由于SNCR技術要求的溫度較高且對溫度條件較為敏感，當鍋爐低負荷運行時，還原劑噴射區域的溫度范圍偏離了SNCR最佳的脫硝溫度窗口，脫硝效率明顯下降，使其不能滿足N0x排放標準，這成為該技術大規模推廣應用的主要障礙。因此，探明鍋爐低負荷運行參數與不同煙氣組分濃度對SNCR脫硝過程的影響規律，改善SNCR脫硝效率是SNCR技術向電廠鍋爐推廣的關鍵問題。

一、鍋爐污染物排放的危害

近兩年大氣污染物的排放量中大約一半的排放量來自于火電廠，火電廠在生產過程中排放的SOx、NOx、以及粉塵等有害物質不僅危害人類的健康，而且還影響農業生產，SOx在空氣中形成的酸雨會腐蝕建筑，酸化土地。NOx易進入人體血液中，造成血液中氧減少，引起中樞神經麻搏，還危害人體的其他器官如（心、肝、腎臟和造血組織）。NOx對臭氧層有破壞作用，容易生成光化學煙霧，并且抑制植物光合作用，危害植物[1]。油品質量也是造成霧霾的一個主要原因，成品油亟待升級。而其中霧霾影響最受關注的城市北京是油品標準最高的城市。PM2.5 的問題，主要是解決燃煤污染。燃煤電站鍋爐又是燃煤的大戶，因此如何提高燃燒效率，提高脫硫脫硝效率，從而改善大氣環境，變成了一個全國上下都密切關心，刻不容緩需要解決的問題。

二、試驗

1、鍋爐主要設計運行。某熱電廠410 t/h為例來說明SNCR脫硝裝置對CFB鍋爐運行的影響。該鍋爐是高溫高壓、單汽包、自然循環鍋爐，空氣預熱器為臥管式空氣預熱器。由于環保要求日益嚴格.該熱電廠在煙氣脫硝改造的同時也進行了脫硫改造.脫硫改造工藝為“爐內噴鈣+石灰石一石膏濕法脫硫工藝”為了節約資源.提高脫硫裝置的利用率。在燃煤硫分不高的情況下爐內噴鈣脫硫裝置退出運行.石灰石一石膏濕法脫硫裝置投運。本次煙氣脫硝試驗期間.爐內噴鈣脫硫裝置退出運行。

2、試驗要求及依據。試驗要求主要包括：（1）脫硝裝置及輔助系統處于完好狀態，已正常穩定運行;（2）試驗期間鍋爐配風方式保持一致，試驗期間不變配風;（3）試驗期間燃煤煤質接近設計煤質，煤質穩定，還原劑品質穩定;（4）鍋爐及脫硝裝置運行參數盡量接近設計值;（5）試驗期間鍋爐負荷按試驗要求穩定運行。

三、結果與討論

1、試驗結果。該熱電廠脫硝改造工程采用SNCR煙氣脫硝工藝，煙氣脫硝裝置安裝于旋風分離器人口水平煙道上.采用顆粒尿素作為脫硝還原劑。本次性能試驗以SNCR煙氣脫硝裝置性能考核試驗為基礎，以《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗收試驗規范》，進行了技術性能試驗研究。

2、結果分析

（1）氨逃逸濃度分析。空氣預熱器（簡稱空預器）進、出口氨逃逸濃度。空氣預熱器進、出口氨逃逸濃度值存在偏差.并且入口濃度明顯高于出口濃度.但當人口氨逃逸濃度逐漸降低時。偏差隨之逐漸減小，在3X10-6以下時偏差接近為零，說明煙氣在通過空氣預熱器時有部分逃逸氨被留在空氣預熱器中，造成出口氨逃逸濃度降低。根據分析.產生這種現象的主要原因是逃逸氨在空預器本體換熱元件低溫段與SO3、H02發生化學反應，生成了硫酸氫銨，消耗了部分逃逸氨，同時也有可能被空預器熱管上的積灰所吸附。

（2）空預器阻力分析。空預器本體內部產生硫酸氫銨會在低溫段形成積垢。引起堵灰阻塞，使空預器本體阻力增加。在脫硝裝置投運/不投運條件下.空預器本體阻力有較明顯差異，脫硝裝置投運條件下阻力明顯高于不投運條件下阻力.最大相差近500Pa，之所以能產生明顯的變化.一方面是人口氨逃逸濃度較高;另一方面是人口SO2、SO3、粉塵濃度也較高，在合適的溫度下很容易形成硫酸氫銨.引起堵灰積垢，導致空預器阻力增加。然而，氨逃逸濃度低時空預器阻力大小與脫硝裝置不投運時接近.說明控制氨逃逸排放濃度有利于抑制空預器阻力增加。

（3）氨逃逸濃度對空預器阻力影響分析。根據空預器入口氨逃逸濃度越高.空預器阻力增加越大.說明燃用此種硫分的燃煤時，硫酸氫銨的產生主要取決于氨逃逸濃度。因此，電廠在日常運行時應注意控制還原劑使用量，避免因氨逃逸濃度高造成空預器阻力增加過快加快阻塞速度。在氨逃逸濃度低于3X10-6。時，空預器進出口氨逃逸濃度偏差較小，空預器阻力降低，說明氨逃逸濃度低時有利于控制硫酸氫銨的生成，降低因硫酸氫銨導致空預器阻力增加的風險。

（4）氨逃逸濃度對空預器出口SO3濃度的影響。分析空預器作為一種熱交換裝置。本體內部換熱元件表面形成溫度梯度。在NH3、S03、H20三者同時存在的情況下極易形成硫酸氫銨.并且化學反應正向進行.不同溫度條件下硫酸氫銨呈現不同物理形態，特別是空預器低溫段極易形成半固態硫酸氫銨，附著在換熱元件表面，容易吸附飛灰很難清除。從圖可以看出，空預器入口NH3、SO3濃度越高時，出口NH3、SO3濃度越低，并且NH3、SO3濃度減量越大。

SNCR在生產實際中的問題，將SNCR技術正式投入使用8000 h后，在SNCR噴射器的噴口位置其澆注料遭到了較為嚴重的腐蝕，導致銷釘露出。造成這種問題的原因主要是噴口位置的選取失誤，因為還原劑在進入爐內后其噴射的實際深度以及寬度沒有達到規定的標準，導致尿素落到澆注料上。經過分析研究可以發現，當尿素落到澆注料上后會形成一層連續液膜，此時爐內的溫度較高，液膜原來所含的水分會不斷蒸發，導致尿素被分解產生甲銨且含量不斷上升，受到甲銨的腐蝕性影響，澆注料出現嚴重破壞。

SNCR脫硝技術在循環流化床鍋爐的使用，目前脫硝系統總體運行情況仍較穩定，通過對脫硝的性能進行測試，脫硝效果較好，脫硝效率能達到60%左右，與設計要求基本一致，確保NO，達標排放。但SCNR在運行過程中也暴露了一些問題，象噴口處受熱面腐蝕問題制約鍋爐長周期運行。氨逃逸過大會造成空預器堵塞及其他衛生問題。通過不斷地積累、優化調整以及升級噴槍、落實定期試驗等措施，可進一步提高SNCR脫硝技術長周期經濟運行水平。

參考文獻

[1]張俊春，程樂鳴，黃晨.煤灰對流化床氮氧化物排放影響的試驗研究[J].動力工程學報，2018，32（6）：05.

[2]侯祥松，張海，李金晶.影響選擇性非催化還原脫硝效率的因素分析[J].動力工程，2020，77.

[3]高陽，趙博，禚玉群.SNCR）技術在循環流化床鍋爐煙氣脫硝的工程應用[J].北京：清華大學熱能工程系，2019.