75t链条炉烟气脱硝工艺的应用研究

袁瑞龙　华玉龙　张勤乐于江　曹城建　谢志平　中国联合工程公司　杭州　宁波正源电力有限公司　宁波

75t链条炉烟气脱硝工艺的应用研究

袁瑞龙1华玉龙1张勤乐2于江2曹城建1谢志平11中国联合工程公司杭州2宁波正源电力有限公司宁波

为实现烟气达标排放，宁波正源电力有限公司4台75t/h链条炉采用SNCR/SCR耦合工艺进行烟气脱硝。项目实施过程中发现NOx排放和预期不符，实地测量和数值模拟发现炉膛温度整体偏低。经过重新布置喷枪位置，增设催化剂层等，成功实现NOx达标排放，同时具备良好的经济效益。

SNCR；SCR；脱硝；链条炉

氮氧化物的排放会造成臭氧空洞、温室效应及酸雨等环境问题[1]，因此《火电厂大气污染物排放标准》[2]规定，新建的大型燃烧设施NOx排放浓度需低于100mg/Nm3。

宁波正源电力有限公司建有4台75t/h链条炉，为满足国家相关部门规定，需安装烟气脱硝装置，实现烟气达标排放。链条炉相比于循环流化床锅炉和煤粉锅炉，工况复杂，燃烧温度不高[3]，在实施脱硝工程时，没有现成的案例可以照搬，必须在项目设计和实施过程中有针对性地摸索和完善。根据锅炉运行参数，结合其它锅炉脱硝工程的经验，确定该链条炉采用SNCR/ SCR耦合脱硝工艺，即在炉膛上布置喷枪，在省煤器后布置催化剂，系统投运后NOx排放未能达标。结合数值模拟结果和实测数据，对喷枪位置进行改造，并在尾部烟道增设一层催化剂，成功实现NOx达标排放。

1 锅炉烟气参数

宁波正源电力有限公司4×75t/h锅炉烟气主要参数见表1。

表1　 烟气主要参数

2 脱硝机理

本项目采用SNCR/SCR 耦合脱硝工艺，该技术将SNCR工艺的低成本和SCR工艺的高脱硝率、低氨逃逸有效结合。同时SNCR工艺喷入锅炉的NH3可为SCR提供反应所需的还原剂。

SNCR工艺以炉膛为反应器，在无催化剂的作用下，用氨水作还原剂，喷入炉膛内，还原剂可选择性地把烟气中的NOx还原为无毒无害的N2和H2O，其脱硝效率在35%～70%左右。其主要反应为：

SCR工艺以锅炉尾部烟道作为反应器，在催化剂的作用下，在温度约为350～380℃的烟气中反应，将NOx还原为无毒无害的N2和H2O。其主要反应为：

SNCR/SCR 耦合脱硝工艺流程图如图1所示。

影响SNCR/SCR耦合工艺脱硝效率的因素较多，如炉内温度分布、氨水喷入量、喷射效果、催化剂的性质和含量等。燃煤锅炉在理想情况下，SNCR/SCR耦合工艺能得到75%以上的NOx脱除率，并保持低的氨逃逸量。无论是SNCR工艺还是SCR工艺，都需要合适的温度范围，这个温度范围称为反应的温度窗口。SNCR工艺的温度窗口为850～1100℃[4]。

图1　 SNCR-SCR耦合脱硝技术示意图

如图2所示，当温度低于800℃，反应速率越来越低，NOx脱除率低，并且伴随高的氨逃逸；当温度高于1100℃时，氨基还原剂会与烟气中的氧反应生成NOx，导致NOx排放浓度增加。因此在安装SNCR和SCR装置时，选择合适的安装位置至关重要。

图2　 SNCR脱硝效率与温度的关系

3 项目实施

3.1初步方案

该烟气脱硝项目采用20%氨水作为还原剂，采用SNCR/SCR耦合工艺。

设计要求：脱硝系统入口NOx浓度不高于520mg/ Nm3（干基、标态、6%O2）时，要求出口NOx浓度小于100mg/Nm3（干基、标态、6%O2），综合脱硝效率≈81%。

项目实施时，在炉膛上布置两层喷枪，每层4只，SCR反应器设置1层催化剂，期SNCR脱硝效率为50%，SCR脱硝效率为67%，综合脱硝效率达到83%。第一次投运后，发现实际脱硝效率达不到预期，NOx排放浓度维持在200mg/Nm3（干基、标态、6%O2）左右。增加氨水喷入量，脱硝效率有所提高，但是仍不能达标，同时氨逃逸大大增加，二次污染严重。

3.2原因分析

经过实地测量，发现各氨水喷入口实际温度＜800℃，达不到SNCR工艺最佳的温度窗口850～1100℃，结合数学模拟结果（如图3所示），炉膛内部也没有合适的温度窗口，因此，此温度范围并不利于SNCR反应。

再测量SCR反应器入口烟气的温度，锅炉满负荷时该温度约为320℃左右，也低于SCR脱硝反应提出的350～380℃要求。

表2　 各阶段运行成本分析表

3.3方案调整

基于出现的问题，必须调整氨水的喷入位置，使喷枪的布置位置向更高的温度靠拢，从而提高反应速率。同时，对SCR反应器也要进行相应的改造，在不能改变反应温度的情况下，增加催化剂层，达到提升NOx脱除率的效果。

改进方案如下：撤销原有4支喷枪，原喷枪开孔位置下移，使其尽量接近火焰中心位置，调整后的SNCR喷枪位置的温度提高到850℃以上，接近SNCR反应的温度窗口。同时在过热器和再热器前端水平烟道处设置两支喷枪，作为SCR反应还原剂的喷入口；在SCR反应器增设一层催化剂层，这两项措施既能保证SCR反应有足够的还原剂，又能保证SCR脱硝效率大大提高。

图3　CFD数值模拟炉膛内温度分布

经过氨水喷射位置的调整和增设催化剂层，NOx排放浓度显著降低，达到国家的相关规定，即＜100mg/Nm3。同时，出口氨逃逸量也维持在5ppm以下。

4 经济性分析

从表2可以看出，在脱硝方案调整后，每台锅炉脱硝经济效益增加了110.4万元。

5 结论

宁波正源电力有限公司链条炉在实施脱硝工程时，参照其它项目的经验，采用SNCR/SCR耦合脱硝工艺，未能达到如期效果，而后根据实际情况进行分析和改造，充分发挥SNCR工艺和SCR工艺的特点，最后实现氮氧化物达标排放，同时实现了很好的经济效益和环保效益。

[1] 段传和,夏怀祥,等. 选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝[M].北京:中国电力出版社, 2011.

[2] 中华人民共和国环境保护部.火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）[S]. 2011.

[3] 程祖田.流化床燃烧技术及应用[M]. 北京: 中国电力出版社, 2013.

[4] 宋顺鑫.大型链条炉SNCR脱硝试验及数值模拟[D]. 杭州:中国计量学院, 2014.

袁瑞龙,1970年生，本科，高级工程师，从事环境保护相关工程及研究。