SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉的应用

2014-03-09赵全中李昂祁利明赵宇

资源节约与环保 2014年11期

赵全中李昂祁利明赵宇

（内蒙古电力科学研究院内蒙古呼和浩特 010020）

燃烧生成的氮氧化物（NOx）是严重的大气污染物，随着国家对环保要求的提高，燃煤机组需要采取进一步的措施来降低NOx的排放[1]，选择性非催化还原（SNCR，selectivenon-catalyticreduction）脱硝技术工艺是目前NOx治理中具有发展前景的技术之一[2]。该技术是通过向炉膛内喷射还原剂（如氨气、氨水、尿素）脱除烟气中的NOx，以达到GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中氮氧化物排放限值。

1 SNCR脱硝技术反应原理

SNCR脱硝技术是将氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）溶解稀释到10%以下，利用机械式喷枪将还原剂溶液雾化成液滴喷入炉膛，热解生成气态NH3，在950~1050℃温度区域（通常为锅炉对流换热区）和没有催化剂的条件下，NH3与NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O溶液。

以尿素为还原剂时，主要反应式为：

2 SNCR脱硝系统主要组成部分

SNCR脱硝系统的主要组成部分有尿素溶液制备、储存及输送系统、稀释水压力控制系统、尿素溶液计量系统、尿素溶液分配系统、尿素溶液喷射系统、电气系统、控制系统、出入口分析仪表监测设备、环保监控设备。

尿素溶液制备系统主要利用电动葫芦将干尿素吊入尿素溶解箱，为防止尿素溶液结晶，配置成40%或50%浓度。溶解后的尿素溶液经过输送泵送至溶液储存罐，经过高流量和循环装置将尿素送至计量和分配装置。高流量和循环装置(HFD)用以将尿素溶液储存罐内的尿素溶液以一定的压力输送至计量和分配装置，此外与尿素溶液储存罐组成自循环回路。

稀释水压力控制模块是利用高流量、高压输送控制把经过过滤的稀释水输送到计量及分配装置，将尿素溶液稀释至10%左右浓度再喷入锅炉内。该装置的主要功能是控制供给喷枪稀释水的压力和流量。尿素溶液计量系统用于准确计量和独立控制还原剂浓度，并根据烟气中NOx的浓度、锅炉负荷、燃料量的变化自动分配调节锅炉各个注入区域尿素溶液的流量，也可调节单个墙式喷枪的尿素溶液流量。

尿素溶液计量系统通过尿素侧和稀释水侧的流量控制阀和到每个子系统的流量控制阀、压力调节阀自动调节进入每个锅炉注入区域和每个喷枪的尿素溶液浓度和流量，以响应烟气中NOx的浓度、锅炉负荷、燃料量的变化。

尿素溶液分配系统用于分配每个注入区域中各个墙式喷枪的流量。1台锅炉可包括若干个尿素溶液分配系统。尿素溶液分配系统到各个墙式喷枪的尿素溶液管道上设置手动调节阀，在脱硝系统调试时调整各个喷枪的尿素溶液流量。

尿素溶液喷射系统用于将还原剂经雾化后以一定的角度、速度和液滴粒径喷入炉膛，参与脱硝化学反应。

3 SNCR脱硝技术常见问题

3.1 合适的反应温度窗口狭窄，为适应锅炉负荷的波动，通常在炉膛出口屏式过热器下方设置多层喷枪。

3.2 喷氨量的选择要适当，少则无法达到预期的脱除NOx的效果，但氨量过大，将在尾部受热产生硫酸铵，从而堵塞并腐蚀空气预热器，因此要求尾部烟气中允许的氨的泄漏量应小于5ppm，在这一条件限制下，SNCR脱硝法的NOx降低率为30～70%。

3.3 氨分布不均问题，由于锅炉空间所限,存在氨分布不均匀问题。每支喷射器均有一手动尿素溶液流量控制阀,每层喷射器有1个可远控的尿素溶液流量调节总阀。在SNCR装置调试阶段,各尿素溶液喷射器的流量阀门开度均被设定好,在投运期间不再变动,而只调节各层的尿素溶液总流量。当实际运行工况与调试工况存在差异时,这种相对固定的尿素溶液喷射器控制方式可能会造成SNCR装置区域内的尿素溶液与NOx反应程度不一致,并导致装置下游烟气中的氨逃逸浓度分布不均匀[3]。

3.4 喷射器喷嘴结垢堵塞问题

SNCR技术一般采用液体雾滴喷射的方式，。若尿素的溶解水和稀释水（一般为工业水）的硬度过高，在加热过程中水中的钙、镁离子析出会造成脱硝系统的管路结垢、堵塞。因此，必须在尿素中添加阻垢剂或采用除盐水作为脱硝工艺水[4]。