SNCR與COA聯(lián)合脫硝在循環(huán)流化床的運用

陶天峰

(安徽華誼化工有限公司, 安徽蕪湖 241000)

安徽華誼化工有限公司(簡稱華誼化工)現(xiàn)有3×150 t/h燃煤鍋爐建于2011年，執(zhí)行GB 13223—2011《火電廠大氣污染排放標準》。2015年，華誼化工采用選擇性非催化還原(SNCR)法脫硝，使用非觸媒SNCR全程變量噴射脫硝裝置，脫硝裝置滿足NOx質(zhì)量濃度<100 mg/m3。2018年新環(huán)保法頒布后，國家對化工企業(yè)的燃煤鍋爐排放指標要求日趨嚴格，為了更好地適應發(fā)展需要，2018年，華誼化工對現(xiàn)有燃煤鍋爐進行煙氣脫硝升級改造。

1 脫硝系統(tǒng)概況

華誼化工采用SNCR+氣相循環(huán)氧化吸收協(xié)同(COA)脫硝工藝。SNCR脫硝項目于2015年建設，2016年6月投用;氣相COA脫硝系統(tǒng)于2018年8月建設，2019年4月投用。

1.1 SNCR脫硝部分

SNCR脫硝系統(tǒng)是通過在鍋爐中合適的溫度區(qū)域噴入還原劑(氨水)，將其余NOx反應，生成氮氣和水。由于在爐膛內(nèi)高溫區(qū)域發(fā)生還原反應，所以SNCR脫硝又稱為爐內(nèi)脫硝[1-2]。

SNCR脫硝系統(tǒng)是經(jīng)實踐證明的高效爐內(nèi)脫硝系統(tǒng)，可有效減少工廠NOx的排放量。采用氨水作為還原劑，實現(xiàn)鍋爐煙氣全自動高效爐內(nèi)脫硝。

以氨水溶液作為還原劑的總反應式[3]為:

(1)

1.2 氣相COA脫硝部分

氣相COA脫硝系統(tǒng)包括高壓氧氣輸送減壓系統(tǒng)、臭氧發(fā)生系統(tǒng)、脫硝劑存儲系統(tǒng)、脫硝劑輸送系統(tǒng)及脫硝劑噴射系統(tǒng)等。COA脫硝技術通過在循環(huán)流化床反應器內(nèi)噴入一定量的臭氧，將煙氣中NO氧化成NO2后，再被吸收塔內(nèi)的鈣吸收劑反應吸收。

氣相COA脫硝系統(tǒng)主要控制氧化劑(臭氧)的量和加入到循環(huán)流化床脫硝裝置內(nèi)的消石灰量。氧化劑(臭氧)的添加量根據(jù)出口NO濃度來確定，消石灰的添加量由NO2的排放量調(diào)節(jié)。

COA脫硝工藝的基本原理為：循環(huán)流化床反應器側(cè)噴入的臭氧與NO反應，生成NO2，在吸收塔內(nèi)，激烈湍動的消石灰流化床層，與擁有較大比表面積的消石灰和噴入的水幕接觸，形成局部濕潤的消石灰以促進吸附NO2，完成脫硝過程。

COA脫硝工藝的主要化學反應式[4]為：

Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+H2O

(2)

2 脫硝系統(tǒng)調(diào)試情況

2019年5月30日—6月13日，對1#、2#、3#爐進行查定,結果表明:NO氧化成NO2的氧化效果有差異，NO2吸收效果不夠理想。

2.1 脫硝效果

設計脫硫塔入口NOx質(zhì)量濃度為150 mg/m3(干標，φ(O2)=6%，以NO2計)，經(jīng)氣相COA脫硝后滿足NOx質(zhì)量濃度≤50 mg/m3(干標，φ(O2)=6%，以NO2計)要求。但是實際運行情況為：試投運初期脫硫島入口NOx質(zhì)量濃度<80 mg/m3時，脫硫島出口NOx質(zhì)量濃度<50 mg/m3;此外，NO2較難控制，NOx質(zhì)量濃度有所波動，波動時總NOx質(zhì)量濃度有時>50 mg/m3;NO質(zhì)量濃度最低僅能達到7～8 mg/m3。

2.2 消石灰耗量

設計脫硫脫硝合計消耗石灰質(zhì)量流量≤1 t/h，查定期間，消耗石灰質(zhì)量流量達到1.5 ～2 t/h時，氣相COA脫硝效果仍滿足不了設計要求。

2019年6月14日—21日，在前期查定的基礎上，從控制手段，即脫硫塔床層壓降控制、脫硫塔出口溫度控制、布袋除塵器灰斗料位控制、臭氧發(fā)生器運行模式、消石灰給料量控制、爐內(nèi)脫硫、煤種選擇、鍋爐燃燒控制、SNCR投用等方面進行進一步參數(shù)優(yōu)化,并對生石灰品質(zhì)進行多次分析化驗，結果表明:氣相COA脫硝不達標的主要原因為生石灰品質(zhì)不達標及消石灰比表面積不足;此外，煙氣中存在N2O對NOx排放有一定影響。

隨著生石灰、消石灰品質(zhì)的不斷提升，參數(shù)的優(yōu)化，NOx脫除要求滿足了進口NOx質(zhì)量濃度(≤150 mg/m3)、出口NOx質(zhì)量濃度(<50 mg/m3)的要求。

3 脫硝系統(tǒng)驗收情況

1#～3#爐脫硫脫硝性能數(shù)據(jù)見表1。

表1 脫硫脫硝性能數(shù)據(jù)

1#～3#爐能耗數(shù)據(jù)見表2。

表2 能耗數(shù)據(jù)對比

4 脫硝系統(tǒng)正常運行情況

4.1 排放情況

華誼化工鍋爐基本維持單爐70%負荷運行，氣相COA脫硝系統(tǒng)驗收后，脫硝一直采用SNCR+氣相COA運行模式，根據(jù)蕪湖市重污染天氣應急指揮部發(fā)布的污染天氣預警進行鍋爐排放指標的控制。重污染天氣時，NOx排放質(zhì)量濃度穩(wěn)定，達到排放要求(<50 mg/m3)，一般為30～50 mg/m3。

4.2 SNCR脫硝系統(tǒng)運行情況

華誼化工SNCR脫硝系統(tǒng)運行至今，還存在以下問題：

(1) 噴槍、噴頭磨損嚴重，使用周期短，一般使用壽命為2～3個月。

(2) 采用自行調(diào)配的氨水，氨水濃度變化較大，且在氣相COA脫硝系統(tǒng)投運時，對NOx排放質(zhì)量的控制波動較大，將氨水質(zhì)量分數(shù)穩(wěn)定在10%～15%后，NOx質(zhì)量濃度控制穩(wěn)定。

4.3 臭氧發(fā)生器運行情況

臭氧發(fā)生器自投用以來，運行穩(wěn)定，產(chǎn)量調(diào)整及時，氧氣耗量、電耗等均在設計范圍內(nèi)，機組在70%負荷運行時，臭氧質(zhì)量流量在15 kg/h左右。

5 結語

經(jīng)過近1 a的運行觀察,得出以下結論：

(1) 通過SNCR+氣相COA脫硝系統(tǒng)結合使用，NOx排放質(zhì)量濃度達到DB37/ 664—2019 《火電廠大氣污染物排放標準》的要求。

(2) 運行過程中對各操作有一定程序和要求:穩(wěn)定氨水質(zhì)量分數(shù)在10%～15%最佳;氨水使用前觀察霧化效果，在氨逃逸體積分數(shù)小于10×10-6下，盡可能多用氨水控制NOx質(zhì)量濃度;臭氧的使用量由NO濃度控制，當NO濃度上升時，增加臭氧量，將NO轉(zhuǎn)化為NO2由消石灰和水在吸收塔通過半干法吸收。控制NO體積分數(shù)在10×10-6～20×10-6，NO2體積分數(shù)小于20×10-6。

(3) 對吸收NOx的消石灰也有要求，消石灰比表面積應大于15 m2/g，純度為80%以上。