SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉上的应用
2014-01-16李明波杜向前巴换粉张立刚
李明波，杜向前，巴换粉，徐 枫，张 岗，张立刚
（江苏中核华纬工程设计研究有限公司，南京 210019）
随着环保要求的日益提高和二氧化硫（SO2）已经初步得到有效控制，由氮氧化物（NOx）引发的环境问题日益突出[1]，NOx治理已成为人们关注的一个热点[2-4]。2011年7月我国颁布了新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），对锅炉NOx排放提出了更加严格的要求，新标准的实施将促使大量锅炉加装NOx控制设施。本文在分析循环流化床锅炉和SNCR烟气脱硝技术特点的基础上，针对某循环流化床锅炉SNCR烟气脱硝项目，重点进行了流场分析和优化研究，并结合工程应用情况做了简要说明。
1 SNCR烟气脱硝技术原理
SNCR脱硝是目前主流的烟气脱硝技术之一[5-6]，该工艺是在800℃～1250℃温度范围内，采用氨水、尿素等还原剂选择性地还原烟气中的NOx，实现NOx的脱除，该脱硝工艺无需催化剂。
SNCR烟气脱硝的主要反应如下：
NH3为还原剂：4NH3+ 4NO + O2→ 4N2+ 6H2O
2 循环流化床锅炉烟气脱硝介绍
循环流化床锅炉（CFB锅炉）以其环保、节能和良好的燃料适应性已被广泛采用，其低氮燃烧特性可将NOx的排放浓度控制在150～350mg/Nm3，低于一般的煤粉锅炉。在NOx排放浓度要求严格或必须同步上脱硝装置的情况下，CFB锅炉需要考虑加设脱硝设施。
某企业建有1台75t/h循环流化床锅炉，NOx原始排放浓度约300mg/m3，为实现NOx减排，拟对锅炉进行SNCR烟气脱硝改造，要求效率不低于37%。该项目锅炉部分参数见表1。
表1 锅炉参数
3 SNCR烟气脱硝优化设计
3.1 CFD建模
计算采用Fluent6.3，前处理软件为Gambit，模拟范围包括炉膛出口水平烟道与旋风分离器（1台炉2只旋风分离器，因为二者沿锅炉中心线对称布置，故只针对其中1只旋风分离器进行研究）。有关参数见表2。
表2 炉膛出口水平烟道及旋风分离器尺寸
模拟对象炉膛出口水平烟道与旋风分离器的外形如图1（a）所示，物理建模后进行网格划分，如图1（b）所示，总网格数约为110万。
图1 模拟对象
3.2 未加设喷枪时流场计算分析
该项目的烟气速度分布见图2，烟气迹线见图3。
计算结果表明，烟气进入旋风分离器后，旋风分离器内靠近外侧筒壁处烟气自上而下旋转流动，靠近中心位置处烟气自下而上流动，最后由中心筒流出，其中65%以上的烟气集中分布在中心筒下部入口附近区域，少量烟气进入旋风分离器底部、停留时间较长。
图2 烟气速度分布图
图3 烟气迹线图
3.3 加设喷枪后流场计算分析
该项目的还原剂液滴停留时间见图4，还原剂分布情况见图5。
计算结果表明，喷枪雾化后的还原剂液滴粒径控制在40～50µm、出口喷射速度为30～40m/s时，还原剂液滴在完全蒸发前不会接触到烟道和旋风筒壁，从而有效避免了筒壁腐蚀的发生；大部分还原剂的停留时间不低于0.5s，能够满足还原剂与NOx反应的需要。
图4 还原剂液滴停留时间
图5 还原剂分布情况
4 工程应用情况
研究结果在某75t/h锅炉脱硝工程上进行了应用，该脱硝装置主要包括氨水储存与供应系统、氨水计量分配与喷射系统，以及烟气监测和控制系统。该脱硝装置部分设计参数见表3；脱硝工艺流程如图6所示；脱硝装置的实际脱硝情况如图7所示。
应用结果表明，脱硝装置的脱硝效率随着氨水喷入量的增加而上升，最高脱硝效率可达55%以上，满足了设计要求。
表3 SNCR脱硝设计参数
图6 SNCR烟气脱硝工艺流程
图7 还原剂喷入量对脱硝效果的影响
5 结论
（1）计算结果表明，烟气进入旋风分离器后，靠近外侧筒壁处烟气自上而下旋转流动，靠近中心位置处烟气自下而上流动，其中65%以上的烟气集中分布在中心筒下部入口附近区域；还原剂液滴粒径控制在40～50µm，出口喷射速度为30～40m/s时，还原剂液滴在完全蒸发前不会接触到烟道或旋风筒壁，可有效避免筒壁腐蚀的发生，大部分还原剂的停留时间不低于0.5s，能够满足还原剂与NOx反应的需要。
（2）在某75t/h循环流化床锅炉上的工程应用结果表明，SNCR烟气脱硝装置脱硝效率可达55%以上，系统简捷、性能可靠。
[1]中华人民共和国环境保护部.中国环境状况公报（2012）[Z].
[2]燕中凯，刘媛，尚光旭.火电厂脱硝技术现状及产业与市场发展预测[J].中国环保产业，2011，5：40-43.
[3]应明良，戴成峰，胡伟锋，徐良，屠小宝.600MW机组对冲燃烧锅炉低氮燃烧改造及运行调整[J].中国电力，2011，44（4）：55-58.
[4]周国民，唐建成，胡振广，赵海军，龚家猷.燃煤锅炉SNCR脱硝技术应用研究[J].电站系统工程，2010，26（1）：18-21.
[5]仝志辉，刘汉涛.一维火焰燃烧过程中SNCR脱硝试验研究[J].锅炉技术，2012，43（1）：77-80.
[6]Gang-Woo Lee,Byung-Hyun Shon,Jeong-Gun Yoo,Jong-Hyeon Jung,Kwang-Joong Oh.The influence of mixing between NH3and NO for a De-NOxreaction in the SNCR process.《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》,14（2008）：457-467.
