SNCRz脫硝技術在章村電廠的研究與應用

張洋洋

（冀中能源股份有限公司，河北 邢臺 054100）

0 引 言

章村電廠一臺130 t循環流化床鍋爐為低氮燃燒鍋爐，初始氮氧化物濃度較低，初始采用了投資較少，脫硝效率較低的SNCR脫硝工藝，氮氧化物排放穩定控制在60 mg/m3左右。按照國家“推進鋼鐵、焦化行業超低排放改造和燃煤電廠深度減排改造，著力減少污染物排放，實現重點行業綠色發展”文件，要求燃煤電廠鍋爐在基準含氧量6%的條件下，氮氧化物排放濃度≤30 mg/m3，現狀氮氧化物濃度已不能滿足當前環保標準。通過反復調研論證，通過采用SNCRz汽化脫硝技術，利用原有SNCR尿素稀釋和輸送公用系統，增加尿素-蒸汽混合器、噴槍、調節閥等設備，不僅實現了深度改造，而且經濟效益顯著。

1 SNCRz技術介紹

SNCR脫硝技術對溫度區間的要求比較苛刻，為800～950℃，所以循環流化床鍋爐一般將SNCR脫硝系統布置在鍋爐爐膛出口至旋風分離器入口的拐彎煙道內。且該SNCR脫硝系統控制方式比較單一，只能通過加大尿素使用量來降低氮氧化物排放濃度，同時，因系統反應效率最高在60%左右，即使尿素溶液加大投入量，也滿足不了深度減排的要求，反而因尿素溶液的過多投入導致電廠煙氣氨逃逸數值較高，引起二次污染，造成鍋爐尾部受熱面堵塞。

SNCRz汽化脫硝技術很好地解決了以上問題，且氮氧化物脫除效率達到90%以上，其核心原理是還原劑（尿素或氨水）通過蒸汽激波進行汽化后，直接噴入合適溫度區域（800～1 100℃），其中的氨與爐膛煙氣中的NO發生化學反應,還原出N2和水，水由液態轉化成氣態，沒有化學變化，但它起到了分散劑的作用。同時，水蒸氣與熾熱的碳也發生化學反應，生成的CO可作為還原劑，與一氧化氮發生化學反應，整個SNCRz霧化脫硝技術的化學反應式如下：

從以上可以看出，水蒸氣在合適溫度的條件下也可以作為還原劑參與氮氧化物去除反應，水蒸氣輔以少量的尿素則可以實現深度脫硝。

SNCRz汽化脫硝系統中，尿素和蒸汽的混合氣體是以氣態的形式噴入鍋爐的，而傳統的SNCR脫硝技術是以壓縮空氣霧化尿素溶液為較小的液滴噴入鍋爐，氣態形式的混合氣體較液態的尿素溶液更具活性，參與化學反應速度更快、反應更充分。

2 SNCRz技術應用

現以章村礦電廠為例，針對鍋爐的爐膛燃燒工況、溫場分布、氮氧化物產生濃度等參數，在爐膛噴槍布置和噴頭設計上，結合鍋爐運行現狀，以噴射面積、尿素汽化效果、脫硝效率為主題，考慮到章村礦電廠水平煙道煙氣混合均勻且反應溫度適中，除在爐膛布置3層噴槍以外，又在水平煙道布置了一層噴槍，并且選擇了適合其幾何形狀與流場的扇形噴頭，不同于爐膛布置的錐形噴頭。從理論分析到模擬實驗，最終得到鍋爐的最佳設計方案。

（1）采用SNCRz技術在鍋爐原脫硝設備的基礎上對脫硝系統進行升級改造，對混合器進行安裝，在鍋爐側面布置上、中、下3層噴嘴，水平煙道布置了一層噴嘴，布置層位置選擇和噴嘴數量選擇根據鍋爐爐膛形狀尺寸結合噴射面積進行優化確定，爐膛安裝了36（3×12）個噴頭，水平煙道為7個噴頭。

（2）對鍋爐燃燒系統、返料系統進行了優化。

（3）安裝流量測點（蒸汽、尿素溶液）、溫度測點、壓力測點、電動調節門（蒸汽、尿素溶液）。

（4）各層可實現單獨控制，每層內各噴槍安裝控制門，便于檢修維護。

（5）安裝的測點及控制部分引入電廠中控DCS系統，實現氮氧化物排放的自動控制，根據設定的氮氧化物排放數值控制各調節門的開度，從而實現對氮氧化物排放數值的精準控制。

（6）新裝SNCRz系統獨立于原SNCR系統，設計時考慮2個系統的獨立性和兼容性，2套系統能同時運行，當SNCRz系統出現故障時，原SNCR系統能單獨正常運行，且效率不得低于原SNCR脫硝效率。

3 SNCRz脫硝應用效果

3.1 施工工期短不影響鍋爐主體結構

因采用高壓蒸汽噴射尿素，噴槍管徑減小，可輕松通過水冷壁間隙，不會產生改變爐體結構，因此施工工期大大縮短，利用鍋爐大修或中修期間就可完成噴槍的布置和安裝。而不會影響鍋爐安全運行和熱效率。而SCR脫硝工藝需要在省煤器后安裝至少2層催化劑，改變了煙道主體結構，增加煙道阻力，影響鍋爐安全運行和熱效率。與最初選擇的投資約1 350萬元的臭氧脫硝技術方案相比，SNCRz脫硝深度治理工程節省了833萬元，另有臭氧脫硝會在原SNCR脫硝基礎上再增加更高的運行費用，由此充分體現了SNCRz脫硝工藝經濟性。

3.2 實現自動動態調整

將SNCRz脫硝系統關鍵參數并入鍋爐DCS集散自動控制系統中，充分利用DCS強大的運算、調節功能，采用變頻技術，根據氮氧化物排放濃度、鍋爐運行工況自動調整蒸汽壓力和尿素溶液的噴射量，實現了SNCRz脫硝設施穩定、達標和經濟運行，并減輕了運行人員的勞動強度。

4 應用結果研究結果與當前國內外同類技術比較

電力行業目前主流脫硝技術是SNCR和SCR脫硝技術，臭氧脫硝技術由于運行成本高，現電力行業應用較少，SNCRz脫硝技術是SNCR脫硝技術的升級版，是一項新的脫硝技術，脫硝效率達到90%以上。SNCR脫硝技術投資低，但脫硝效率低，最高在60%左右，運行成本高，無法實現氮氧化物超低排放，且產生氨逃逸，尾部受熱面容易出現堵塞現象，影響鍋爐安全運行；SCR技術脫硝效率可達到90%以上，但投資大，施工周期長，需改變鍋爐主體結構，影響鍋爐運行效率，且要定期更換價值不菲的催化劑（屬于危廢）；而采用SNCRz脫硝技術，投資低，脫硝效率絲毫不低于SCR技術，并且工期短、運行成本低、運行穩定、調控方便，在國內脫硝行業屬于先進水平。章村礦電廠和東龐礦電廠為河北省此項脫硝新技術使用的首次成功深度脫硝項目，隨著SNCRz技術應用日漸成熟，或許憑借脫硝效率高、投資低、無二次污染和運行成本低的優勢，在脫硝市場會很快取代SNCR，甚至SCR脫硝技術（氮氧化物初始濃度不高的情況下）。

5 結 語

SNCRz汽化脫硝技術在章村礦電廠得到成功應用，通過現場反復調試，均達到最佳運行狀態，經第三方監測，氮氧化物穩定控制在30 mg/m3以內，滿足最新的環保深度減排要求。SNCRz脫硝系統充分利用原脫硝系統尿素稀釋和輸送環節，節省了投資，在大幅度降低氮氧化物濃度滿足新的超低排放要求的同時，與傳統脫硝系統相比，設施運行穩定，減少運行費用，經濟效益明顯。