CFB锅炉脱销改造技术探讨

殷涛涛

中石化股份有限公司天津分公司热电部 天津 300000

摘要：氮氧化物是空气污染物的重要组成部分，如何处理工业废气中的的氮氧化物是当前的一大热点话题。当前科技日新月异脱硝技术已日渐成熟，本文就天津石化热电厂循环流化床锅炉和煤粉炉烟气脱硝工程为例，介绍了选择性非催化还原法（SNCR）技术和选择性催化还原（SCR）脱硝技术的原理，针对该工程在建设中和试投运后出现的问题，展开讨论并提出解决建议。

关键词：烟气脱销；NOx；SNCR；SCR

一、热电厂锅炉概况

1、中国石化天津分公司热电部现有 9台锅炉，担负着为现有化工装置提供稳定、可靠的电力和蒸汽供应的任务。热电部锅炉烟气脱硫、脱硝改造项目涉及到#3、#4、#6、#7、#8、#9、#10共 7 台锅炉，3#、4#锅炉为出力 220t/h 的煤粉炉，该两台锅炉作为一个脱硝单元考虑，采用 SCR 的脱硝工艺。#6、#7锅炉为出力 410t/h 的煤粉炉，该两台锅炉作为一个脱硝单元考虑，采用 SCR 的脱硝工艺。#8～#10锅炉为出力465t/h的循環流化床锅炉，该三台锅炉作为一个脱硝单元来考虑，采用 SNCR+O3氧化的组合工艺。目前，#3、#4、#6、#7锅炉最大工况下烟气中NOx浓度为550 mg/Nm3，#8、#9、#10锅炉最大工况下烟气中 NOx浓度为 400 mg/Nm3。7 台锅炉外排烟气中的 NOx排放浓度均超出了环保限值要求。鉴于上述原因，所以中国石化天津分公司决定对该 7 台锅炉进行环保治理，即对 #3、#4锅炉，#6、#7锅炉，#8、#9、#10锅炉进行脱硝改造。

2、该项目实施后，#3、#4煤粉炉烟气中NOx 排放量可由2085.6吨/年减少到341.3 吨/年，使装置NOx 排放浓度由550mg/Nm3（设计值）降低到90mg/Nm3 以下，每年共计可减排NOx1744.3 吨。#6、#7煤粉炉烟气中NOx 排放量可由3876.8 吨/年减少到634.4 吨/年，使装置NOx 排放浓度由550mg/Nm3（设计值）降低到90mg/Nm3 以下。每年共计可减排NOx3242.4 吨。#8～# 10CFB 锅炉NOx 排放量可由3967.9 吨/年减少到892.8 吨/年，使锅炉烟气中的NOx 排放浓度由400mg/Nm3（设计值）降低到90mg/Nm3 以下，每年共计可减排NOx3075.1 吨。因此，本项目的实施对天津分公司7 台锅炉完成污染物减排、责任目标，实现可持续发展，建设创新、环保、友好型企业具有重要意义。

二、热电厂锅炉改造原理

1、SCR工艺原理

本项目以尿素为原料，采用尿素水解方式制取氨，作为氨法SCR 烟气脱硝还原剂。

（1）尿素水解制氨

尿素转氨制备技术日渐成熟，且因尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考虑，从1999年开始，尿素逐渐用于SCR系统的还原剂制备。尿素水解和热解均为成熟的工艺，在世界上有大量的应用。

尿素在温度高于150℃时不稳定，会分解成NH3和HNCO，HNCO继续与水反应生成NH3和CO2，该反应过程如下图所示。当反应条件不够强烈时，由于C-N键的键能高于N-H键，部分N-H键先于C-N键断裂，这些断裂的分子体容易重新连接形成大分子聚合物。

（2）氨法SCR催化还原脱硝

氨法选择性催化还原脱硝技术原理简介：在催化剂作用下，反应温度300℃～420℃，NH3 与NOx 发生催化还原反应，反应产物为N2 和H2O。

主要反应式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O+1624 kJ；8NH3+6NO2→7N2+12H2O+2763.3 kJ

主要副反应式如下：

2SO2+O2→ 2SO3；2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4；NH3+SO3+H2O→ NH4HSO4。

SCR 催化反应机理：当烟气通过催化剂床层时，NOx、O2 和还原剂气体自烟气扩散到催化剂外表面，再进一步向催化剂中的微孔表面扩散；还原剂气体被催化剂表面活性中心吸附，然后与气相中的NOx 和O2 反应生成N2 和H2O；N2 和H2O 从催化剂表面上脱附到微孔内，再由微孔内向外扩散到催化剂的外表面，最后N2 和H2O 从催化剂的外表面扩散到主流气体中被带走。在反应过程中，NH3 选择性地和NOx 反应生成N2 和H2O，而不被O2 氧化，因此反应称为“选择性催化还原技术（SCR）。SCR 脱硝技术中常用还原剂有尿素、液氨和氨水。本项目以氨为还原剂，以尿素水解制得。

2、SNCR工艺原理

选择性非催化还原法（SNCR）技术是一种不用催化剂，在850℃～1250℃范围内还原NOx的方法，还原剂常用氨或尿素。该方法是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为850℃～1100℃的区域后，迅速热分解成NH3和其他副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行反应而生成N2。尿素为还原剂：2NO+CO（NH2）2+ 1/2O2→2N2+CO2+2H2O

三、SNCR改造完成后所遇到问题

SNCR脱硝系统投运后，由于氨逃逸仪表尚未安装，因此在不考虑氨逃逸的情况下，NOx排放值基本可以控制在100mg/Nm3以内，能满足设计要求。但是SNCR投运后，也对锅炉的效率、风机单耗等指标造成了一定影响。由下表一（2013年7月份二电站指标）与表二（2014年7月份二电站指标）对比可以看出：

在SNCR系统投运后，与2013年7月相比较，2014年7月份的排烟温度和排烟温差都有了明显升高，这是由于尿素与烟气中的SO3反应生产的NH4HSO4在空气预热器段会粘附在空预期管壁上，影响了烟道的换热，造成了排烟温度上升。为了降低排烟温度，锅炉车间加强烟道吹灰，由原来的每天一次改为了每天两次吹灰，自用汽量明显增加，同时由于尿素溶液的喷入和吹灰的加强，造成烟气量增大，因此锅炉风机单耗也略有提升，同比提升了0.6kwh/h。锅炉效率也由原来的93.54%降低为93.15%，降低了0.39%。

四、针对脱销改造遇到的问题所提意见

（1）稀释计量模块的尿素溶液电动调整门灵敏度不够，尤其是#9炉，灵敏度在4%以上，严重影响NOX稳定运行调整。

建议：更换该电动调整门

（2）NOX自动调整程序效果不佳。

建议：优化NOX自动控制。

（3）由于前期伴热管道不够，到目前伴热系统仍未完工，随着天气变凉，缺少伴热和保温的尿素管线存在结晶的危险，有可能造成脱硝系统管道严重堵塞的事故。

建议：尽快完成伴热系统的施工。

（4）SNCR系统喷枪巡检平台尚未完工，不利于设备巡检。

建议：尽快完善巡检平台。

（5）CEMS氨逃逸表计尚未安装，运行人员不能很好的调整尿素溶液喷入量。运行近两个月来，各炉的排烟温度明显上升，锅炉吹灰力度加大，锅炉效率降低，风机单耗增大。

建议：尽快安装氨逃逸表计指导运行人员调整。

（6）尿素溶液与炉内SO3反应生成NH4HSO4，在空预器段粘结在空预器管道上，造成管道腐蚀和堵塞，存在极大安全隐患。

建议：加大吹灰力度，停炉及时检查清理，同时控制氨逃逸量，避免喷入过多的尿素。

（7）炉侧CEMS与脱硫塔出口CEMS测量值偏差较大，不利于运行人员监视调整。

建议：尽快完成炉侧CEMS的标定。

（8）尿素制备区溶解罐、储罐等容器保温尚未完成。

建议：尽快完善系统保温。

五、结论

通过上诉讨论，就目前热电厂已经改好的循环流化床锅炉脱销效果已经满足国家规定的排放要求，但还有部分缺陷需要整改完善。煤粉炉脱销改造完成后，根据实际脱销效果再进行分析。