130 t/h循环流化床锅炉SNCR脱硝技术应用研究

郑飞飞，赵弘武

(沈阳经济技术开发区热电有限公司 a.生产技术部；b.检修部，辽宁 沈阳 110027)



130 t/h循环流化床锅炉SNCR脱硝技术应用研究

郑飞飞a，赵弘武b

(沈阳经济技术开发区热电有限公司 a.生产技术部；b.检修部，辽宁 沈阳 110027)

根据炉内温度分布特点及SNCR技术原理，以氨水为还原剂，对5#机组现有脱硝系统进行升级改造。该升级方案采用快装卡套安装方式简化拆装过程，将旋风分离筒进口及其顶部炉墙作为喷射区，根据锅炉的运行情况、氮氧化物变化情况等因素调节喷嘴，并根据沈阳的冬季特征为氨水储罐做好保温措施。改造完成后，对5#机组进行调试运行，并记录24 h内的运行参数。结果表明：改造后的脱销效率达到66.7%以上，并使烟气中的NOX浓度从300 mg/Nm3降低到100 mg/Nm3以下，达到了预期目标，证明了其可行性，且为其他机组的改造提供了宝贵的技术支持。

SNCR；脱硝效率；NOX浓度

1 锅炉概况与设计要求

沈阳某热电厂现有2台75 t/h和3台130 t/h循环流化床锅炉，设计参数如表1和表2所示。

目前该热电厂所排出的烟气中的NOX浓度维持在300 mg/Nm3左右，不能满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的要求，所以，计划采用以氨水为还原剂的SNCR技术对脱硝系统进行改造，使脱销效率达到66.7%以上，并使烟气中的NOX浓度从300 mg/Nm3降低到100 mg/Nm3。

2 SNCR技术原理

SNCR技术即选择性非催化还原技术，是指无

催化剂的作用下，在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入NH3、尿素等还原剂，与烟气中的NOX进行选择性反应，将NOX还原为无害的N2和H2O。由于SNCR技术不采用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。在炉膛850～1 100℃这一狭窄的温度范围内，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOX，还原剂(尿素)迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器，基本上不与烟气中的O2作用。在850～1 100℃范围内，以NH3为还原剂的化学反应式为

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

以尿素为还原剂的化学反应式为

4NO+2CO(NH2)2+O2→4N2+2CO2+4H2O

表2 3#、4#、5#锅炉设计参数

3 以氨水为还原剂的SNCR技术分析

SNCR烟气脱销工艺技术是目前世界上锅炉脱硝的主流技术，具有如下特点：

1)对于循环流化床锅炉，在反应温度窗口、喷射区域适宜的前提下，SNCR脱硝效率可以达到70%；

2)能够满足锅炉50%～100%BMCR负荷情况下的脱硝要求；

3)经济性好，较为安全可靠，运输方便，系统简单，易于控制，是技术经济安全综合优势较好的选择；

4)采用氨水作为还原剂无二次污染，脱硝产物为N2和水蒸气，完全无害。

不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗，NH3的反应最佳温度区为850～1 100 ℃。当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOX还原率降低；当反应温度过低时，氨的逃逸量增加，也会使NOX还原率降低。NH3是具有高挥发性和毒性的物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。

从脱销系统逃逸的氨可能有3种情况：一是由于喷入点的烟气温度低，使得氨与NOX的化学反应不充分；二是喷入的还原剂过量，剩余的未反应的氨较多；三是喷入的还原剂及炉内温度分布不均匀，造成局部的氨浓度较大，如图1和图2所示。

图1 炉内喷入点分布

由于NOX的分布在炉膛对流断面上是经常变化的，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量增加。在较大的燃煤锅炉中，还原剂的均匀分布则更困难，因为较长的喷入距离需要覆盖相当大的炉内截面。为保证脱硝反应能充分地进行，以最少的喷入NH3量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。若喷入的NH3不充分反应，则逃逸的NH3不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到SO3会产生(NH4)2SO4，造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。因此，必须保证还原剂喷入系统能够将还原剂喷入到炉内最有效的部位。

图2 某时刻喷入还原剂时炉内温度分布

4 改造方案

1)喷射点的选择要考虑炉膛内的固相浓度场对烟气与还原剂的混合、还原剂的热解、喷枪的保护等。根据目前锅炉的实际运行情况，选择在旋风分离筒进口及其顶部炉墙作为喷射区，每个旋风分离筒进口布置3支喷枪、顶部炉墙布置1支喷枪(每台锅炉总计8支)，运行时候根据锅炉负荷和温度的变化灵活选取其中任何一个区域喷射。

2)若在炉壁处安装喷嘴，工作时喷嘴的周围会形成涡流，此涡流加速水冷壁的磨损，造成经常性的爆管，影响安全生产。所以，该方案未在炉壁处设置喷嘴。

3)对于旋风分离器流化床锅炉，传统的炉膛加旋风筒进口喷入还原剂的工艺使脱硝效率只能达到50%。该方案除采用传统的安装喷嘴方案以外，还在旋风筒上部的顶部炉墙安装1组专用喷嘴，利用旋风筒的旋风使还原剂与烟气再次混合反应。

4)喷枪采用介质雾化，并有冷却功能及防治飞灰进入喷枪内部的保护措施。喷枪与套管之间采用快装卡套安装方式，便于安装和拆卸，如图3所示。

图3 连接卡扣

5)在旋风筒烟气进口、旋风筒的顶部炉墙安装的4组喷嘴可以根据锅炉的运行情况、氮氧化物变化情况等因素，调节其运行方式，在满足烟气排放标准的同时，尽可能降低脱销运行成本。

6)氨水区的布置方案如图4所示。该方案设置2个卧式氨水储罐(室外连接管道采用保温布置，20%浓度氨水的冰点约为-35 ℃)，室外围堰内布置，顶部加装遮阳棚；稀释水箱和所有泵室内布置，充分考虑沈阳冬季特征。

5 运行结果及分析

根据设计方案及要求得出的主要性能指标和物料消耗如表3所示。

图4 氨水储罐

项目内容单位3#、4#、5#参数备注性能指标NH3逃逸率mg/Nm3≤81#、2#：SNCR3#、4#、5#：SNCR脱硝前NOX浓度mg/Nm3300直接通过SNCR降低到100脱硝后NOX浓度mg/Nm3≤100脱硝效率%≥66．7系统增加阻力Pa～0装置可用率%98对锅炉热效率影响%<0．5物料消耗氨水(浓度20%)kg/h176×2总量：616kg/h除盐水kg/h411×2总量：1440kg/h压缩空气Nm3/min6．1×2总量：21．5Nm3/min

按照该方案对5#炉进行改造，改造后进行调试并试运行24 h，运行数据如表4所示。

通过表2的数据可知，依据此改造方案试运行24 h后,锅炉所排放的NOX浓度可以稳定地维持在100 mg/Nm3以下。

6 结 论

1)根据热电厂的实际运行情况和炉内温度分布特点，为了避免水冷壁的磨损情况并降低脱硝系统逃逸的氨，未在炉壁处安装喷嘴，而将旋风分离筒进口及其顶部炉墙作为喷射区，给每台锅炉增加了8支喷枪，提高了氨水的投入量，使烟气和还原剂充分混合。

2)喷枪采用介质雾化，防治飞灰进入喷枪内部，喷枪与套管之间采用快装卡套安装方式，简化了拆装过程。

表4 5#炉试运行24 h数据

3)在旋风筒烟气进口、旋风筒的顶部炉墙安装的4组喷嘴可根据锅炉的运行情况、氮氧化物变化情况等因素进行调节，在满足烟气排放标准的同时，降低成本。

4)考虑沈阳的冬季特征，氨2个卧式氨水储罐的室外连接管道采用保温布置，顶部加装遮阳棚。

5)新方案实施后，通过对5#机组试运行24 h的数据记录分析，脱硝效率达到了66.7%以上，NOX浓度降低到100 mg/Nm3以下，达到了预期目标，证明了该方案的可行性，且为其他机组的改造提供了宝贵的技术支持。

[1]杜鹏飞，白 杨，李竞岌，等.300 MWe循环流化床锅炉SNCR系统优化设计[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2015，11(1)：19-24.

[2]张 磊,杨学民,谢建军,等.循环流化床燃煤过程NOX和N2O产生-控制研究进展[J].过程工程学报,2006(6):1004-1010.

[3]马忠云,陈慧雁,刘振强,等.烟气SCR法脱硝工艺流程的设计与应用[J].电力建设,2008 (6):53-56.

[4]侯祥松,杨 石,吕俊复,等.CFB锅炉循环灰对NO和N2O排放影响的实验研究[J].清华大学学报：自然科学版,2007，47(11):1998-2001.

(责任编辑 张 凯 校对 魏静敏)

Application Study on SNCR Denitration Technology in 130 t/h CFB Boiler

ZHENG Fei-feia,ZHAO Hong-wub

(a.Production Technology Department; b.Maintenance Department,Shenyang Economic and Technological Development Zone Thermoelectric Co.,Ltd.,Shenyang 110027,Liaoning Province)

According to the characteristics of the temperature distribution in the furnace and the principle of SNCR technology,the existing denitration system of 5# unit was upgraded by using ammonia as reducing agent.The upgrade program utilized fast clamping sleeve mounting simplified disassembly process,the cyclone tube and the top of the furnace wall as the jet inlet area.The nozzle was adjusted according to the operating condition,the boiler NOx changes and other factors,and the heat preservation measure of the ammonia tank was undertaken according to the climate characteristics of winter in Shenyang.The recorded results of 24 h commissioning operation parameters of the transformed 5# unit showed that the stock efficiency reached above 66.7%,and the concentration of NOx in flue gas was reduced from 300 mg/Nm3 to 100 mg/Nm3 to achieve the desired goal.Commissioning operation proved the feasibility of transformation,which provided a valuable technical support for the transformation of other units.

SNCR; Denitrification Efficiency; NOx Concentration

2017-03-10

郑飞飞(1982-)，男，辽宁沈阳人，助理工程师。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.02.008

X701

A

1673-1603(2017)02-0132-05