循环流化床锅炉低氮燃烧技术+SNCR氨法烟气脱硝的综合应用和优化蹇建军

蹇建军朱峰章

（如东协鑫环保热电有限公司江苏省南通市226400）

摘要：本文通过分析75T/h循环流化床锅炉脱硝工艺（SNCR氨法脱硝）在运行过程中遇到的问题，探讨其最佳反应区域、反应温度等因素对脱硝效率的影响，从而不断优化运行方式，降低运行成本，提高运行的经济性和安全性，满足环保排放的要求。

关键词：循环流化床；低氮燃烧；SNCR；运行优化

一、前言

NOX是一种主要的大气污染物质，它与碳氢化合物可以在强光作用下造成光化学污染；排放到大气中的NOx是形成酸雨的主要原因，严重危害生态环境。东协鑫环保热电有限公司2×15MW燃煤发电机组3×75t/h循环流化床锅炉（1#、2#炉济南锅炉厂471炉型，3#炉498炉型）烟气脱硝系统采用选择性非催化还原法（SNCR）脱硝系统+低氮燃烧技术，还原剂采用20%氨水。

二、工艺原理

SNCR脱硝系统脱硝原理是将氨水溶液经过必要的稀释后通过雾化喷射系统直接喷入旋风分离器炉合适温度区域（850~1050℃），氨水溶液雾化分解后，其中的氨基与烟气中NOX（NO、NO2等混合物）进行选择性非催化还原反应，将NOX转化成无污染的N2和H2O，从而达到降低NOX排放的目的。

三、遇到的问题

2014年6月27日SNCR脱硝工程安装结束，进入在调试运行阶段并移交试生产。

锅炉负荷在满负荷时，入口NO2在330mg/m3左右，脱硝后的NO2在180mg/m3左右，脱硝效率只有46%；无法满足NO2<100mg/m3的环保考核标准，通过降负荷到80%运行，才能满足NO2<100mg/m3的环保考核标准。

四、影响SNCR脱硝效率的因素

1.反应温度（850℃~1150℃）

温度太低（低于800℃），导致NH3反应不完全，增大NH3的逸出量造成二次污染；

温度过高（高于1200℃），NH3与O2的氧化反应加剧，生成NOX，脱硝效率下降。

2.反应剂与氨水的混合程度

局部的NOX浓度过高，不能被还原剂还原，导致脱硝效率低；

局部的NOX浓度过低，还原剂未全部发生还原反应，导致还原剂利用率低，还增加氨逃逸。

3.还原剂种类

氨、尿素、氰尿酸三种还原剂分别在：1%、5%和12%的含氧量下脱硝效果最好。在不同条件下各种氮还原剂的最佳温度窗口不一样，一般情况下氨的最佳温度窗口在850-1050℃，尿素的最佳温度窗口在900-1100℃。

还原剂停留时间

尿素氨水的停留时间一般在0.3-0.5s之间。有实验表明停留时间从100ms升至500ms，NOx最大还原率可从60%升至83%左右。

4.氨氮比（NSR）

实验表明，当NH3/NO比达到2.0以上时，NO脱除率曲线明显变缓，NH3/NO比过大则会引起氨气逸出量增大，造成污染，成本升高，目前SNCR的NSR一般控制在1.2-1.5左右。

5.燃料对SNCR的影响

研究表明，灰分中的CaO、Fe2O3等物质能促进高温下NOX与C反应生成N2，减少烟气中NO、N2O的浓度；而且CaO和Fe2O3等循环物料中的活性物质还对NH3与NO的反应有多相催化的作用，促进反应的进行，所以使用煤作为燃料时SNCR的脱除率较高。

6.烟气气氛

烟气中的O2、CO、H2O、H2、CHX等成分都对脱硝反应产生一定的影响作用。在缺氧的情况下，SNCR反应并不会发生。

7.初始NOX浓度

有研究表明，存在一个NOX的临界浓度，NOX的初始浓度如果小于这个临界值，那么无论如何增加氨氮比，也不能脱除NOX。

五、运行优化措施

通过对上述SNCR脱硝效率影响因素的分析，我公司三台锅炉脱硝效率低的主要原因有以下几点：

1.反应区（炉膛出口水平烟道）烟气中的NOX、烟尘颗粒物等分布不均匀；

2.反应区的烟尘颗粒物浓度高，阻碍氨水雾化后的穿透能力；

3.反应区的烟气温度高，NH3的副反应加剧；

4.反应区的烟气扰动小，氨水喷入后与烟气没有充分混合；

针对上述原因，我公司分别对三台锅炉做了以下优化措施：

（一）变更优化氨水喷入位置和喷枪数量

在锅炉左右返料器出口喉部位置各增加2只喷枪，并在锅炉高温过热器前下部增加1只喷枪，（如附图2所示）。

氨水喷入位置优化后，锅炉负荷在额定负荷运行，NO2排放浓度在60~90mg/m3，在满足NO2<100mg/m3的环保考核标准时，日消耗20%氨水量在7吨以内，预计年运行费用为160万元，较设计位置减少了190万元。

（二）低氮燃烧技术改造

2015年11月、2016年4月，分别对2#锅炉、1#锅炉进行了低氮燃烧改造，改造范围为：

1.二次风系统改造

锅炉原二次环形风箱保留，距布风板高度约2.5m处重新布置二次风喷口位置、增大二次风管径，以减少管内阻力，提高密相区扰动能力，保证燃烧效率。

2.布风板及风帽改造

对现有布风板重新开孔，将现有蘑菇头风帽改为钟罩式大风帽，缩小出风口截面积，提高流化风压，降低一次风量，使密相区燃烧减弱，煤炭的燃烧过程延迟，保证炉膛温度场的均匀分布，进而抑制NOx的产生。

3.中心筒改造

将原有吊挂式中心筒改为托架式偏心中心筒，两侧偏心大小头各往“靶区”方向偏15°，缩小筒体上下口直径，根据离心力与物体质量与速度呈正比的理论，使中心筒出口尽量远离“靶区”切线烟气中大颗粒物集中区域，提高分离效率。

4.分离系统改造

将“老鹰嘴”处宽度由890mm改为790mm，烟气流速提高1.13倍至25m/s，通过流速的提高，提高离心力，反之增加循环灰颗粒与旋风筒内壁的摩擦力，提高分离器分离效率。

5.返料系统改造

返料方盒重新制作浇筑，将松动风室与返料风室分隔布置，两侧风帽选用不同开孔数及口径，保证松动风压及返料风压的差异，同时增大返料异型砖与返料导角的高度差，延长返料路径以压制炉膛内烟气的反窜，提高返料效率，配套两台罗茨风机（一用一备），保证返料风压。

低氮燃烧改造后，1#、2#锅炉负荷由72T/h增加到78T/h，平均增加负荷6T/h，在满足NO2<100mg/m3的环保考核标准时，日消耗20%氨水量在2.5吨以内，预计年运行费用为87万元，较设计减少了263万元。

（三）优化后经济计算

综上优化分析，平均锅炉负荷增加了13T/h，合每天增加960吨新蒸汽，经计算，约增加售电量21.33万kwh/天，年增加利润1940万元。

20%氨水量降低约11.5T/天，年节约脱硝成本285.65万元。

（四）锅炉启动脱硝喷枪分段投入

在锅炉启动过程中，提前投入氨水，可减少NO2超标的时间，降低环保考核风险，通过运行试验，当炉膛出口温度升到650℃时，投入水平烟道处的2只喷枪，当高温过热器前温度升到750℃时，投入返料器出口处的4只喷枪，当高温过热器前温度升到800℃时，投入高温过热器前的2只喷枪，退出水平烟道处的2只喷枪。

六、结论

SNCR氨法脱硝的反应过程是一个复杂的过程，其雾化程度、反应区温度、反应时间等直接影响其反应效率，需要专业技术人员和运行人员努力提高理论和实践水平，勤动眼、勤动脑，根据不同实际情况灵活机动处理，在操作实践中不断积累操作经验，提高运行水平，循环流化床锅炉烟气脱硝技术一定能够进一步成熟和完善。

参考文献：

[1]段传；夏怀祥等.编著《燃煤电站烟气污染物排放控制工程技术丛书选择性非催化还原法（SNCR）烟气脱硝》中国电力出版社.2012年

[2]选择性非催化还原法（SNCR）氨法烟气脱硝说明书.上海隆麦工程机械有限公司.2014年

[3]锅炉低氮燃烧改造说明书，江苏汇能有限公司.2016年