增强型SNCR脱硝技术在电站锅炉上的应用

马务

摘 要：该文设计了一套SNCR脱硝系统，在循环流化床锅炉上进行了应用，采用添加剂提高了系统脱硝效率，分析了添加剂对脱硝系统的影响规律。性能测试数据表明，机组满负荷下，尿素溶液流量90 kg/h、150 kg/h、150 kg/h加添加剂3个工况的氮氧化物排放分别为56 mg/Nm3、44.3 mg/Nm3和37.4 mg/Nm3，氨逃逸均在8 ppm以下，最高脱硝效率达到了70%。

关键词：循环硫化床锅炉 氮氧化物 脱硝效率 添加剂

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（b）-0089-03

为进一步降低燃煤电厂污染物排放量，2015年12月2日，国务院常务会议决定在全国燃煤电厂实施超低排放。为贯彻落实会议精神，环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局印发了《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，具体指导燃煤电厂超低排放工作。方案中明确规定，到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于10、35、50 mg/Nm3）。

1 工艺概述

SNCR脱硝技术是指在没有催化剂的情况下，将还原剂（尿素溶液或氨水）直接喷入炉膛内温度为800 ℃～1250 ℃的区域内，与烟气中的NOx反应，生成N2和水，以达到脱除NOx的目的[1-2]。

在800℃～1250 ℃范围内，NH3或尿素还原NOx的主要反应为：

氨水为还原剂：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

尿素为还原剂：4NO+2CO（NH2）2+O2→4N2+2CO2+4H2O2

由于SNCR脱硝技术系统简单，且对炉膛运行温度较为敏感，因此，脱硝效率具有一定的局限性，为达到更好的脱硝效果，实际运行中可向还原剂中加入一定量的钠盐、CO、H2O2和醇类等添加剂，能有效提高系统脱硝效率[3-5]。

2 工艺系统

2.1 锅炉参数

某热电厂的2台型号为：DG450/9.81-1型循环流化床锅炉。锅炉型式为：高压自然循环汽包炉。特点为：单炉膛、平衡通风、全钢架支吊方式。锅炉采用循环流化床燃烧技术，在燃用设计煤种时，能够在30%～100%负荷范围内稳定运行，循环物料的分离采用2个汽冷式旋风分离器。锅炉设计排烟温度为130 ℃，锅炉设计效率91.2%。炉膛出口烟温760 ℃～890 ℃，氮氧化物出口浓度102～176 mg/Nm3（标态、干基、6%O2）。表1为锅炉设计煤质表，表2为锅炉烟气设计参数表。

2.2 脱硝系统

SNCR脱硝系统主要分为还原剂制备、输送和喷射3部分，该项目使用尿素作为还原剂。图1为脱硝系统流程图。

尿素溶液制备系统由尿素溶解罐、尿素溶液输送泵、斗提机、尿素溶液储罐及相关管道阀门组成。尿素颗粒和添加剂由斗提机送入尿素溶解罐，由除盐水制成质量浓度为50%的尿素溶液，经尿素溶液输送泵打入尿素溶液储罐。

尿素溶液输送系统采用模块化设计供货，由稀释水模块、高流量循环模块、背压模块、计量模块和分配模块组成。稀释水模块和高流量模块的作用是分别将除盐水和50%尿素溶液输送至喷射区域附近的计量模块，稀释成5%～10%浓度的尿素溶液，由分配模块送至各尿素溶液喷枪，多余的尿素溶液由背压模块重新进入尿素溶液储罐。

尿素溶液经喷枪压缩空气雾化后，进入旋风分离器内，与烟气中的氮氧化物进行反应。

3 运行情况

某热电厂的2台炉公用一套尿素溶液制备系统，对应一套高流量循环模块及背压模块，每台炉有一套稀释水模块和计量模块，2套分配模块，每个分配模块对应6支喷枪，每台炉共12支喷枪，尿素溶液在喷枪内雾化成颗粒状液滴，增大了与烟气的接触面积，便于脱硝反应的进行。表3为机组运行的主要数据。

某电科院对锅炉的脱硝系统进行了性能试验，试验分为3个工况，分别为50%尿素溶液流量90kg/h、150kg/h和150kg/h加添加剂。表4为各工况下脱硝系统的运行数据。

工况一、二、三分别对应50%尿素溶液流量90 kg/h、150 kg/h和150 kg/h加添加剂。三种工况的氮氧化物排放分别为56 mg/Nm3、44.3 mg/Nm3和37.4 mg/Nm3，各个工况下的氨逃逸均在8 ppm以下，在加入添加剂的情况下，最高脱硝效率可以达到70%。

4 添加剂的影响

在实际运行中，尿素溶液中加入适量的添加剂后，机组的氮氧化物排放有了明显降低，这是因为添加剂对脱硝反应的进行在一定的条件下具有促进作用。图2为实验室条件下，添加不同浓度的添加剂对脱硝效率的影响。

可以看出，在没有添加剂的情况下，脱硝效率随着反应温度的升高，先增加再降低，在950 ℃～1 125 ℃的温度区间内，脱硝效率可达到65%以上，此温度为脱硝反应的温度窗口。随着添加剂浓度的升高，脱硝效率的曲线向左移动，温度窗口扩宽为900 ℃～1 125 ℃，且最高脱硝效率也随之升高。当温度升高到1 125 ℃以后，脱硝效率有所下降，这是因为温度过高会使尿素分解产生的NH3氧化成NOx，抵消了部分脫硝效果。添加剂的存在不仅可以提高脱硝效率，也可以使脱硝系统在较低的反应温度下正常运行。

5 结语

根据循环流化床锅炉的运行特点和设备布置的具体情况，采用SNCR脱硝技术来减少机组氮氧化物的排放，针对机组运行中旋风分离器温度较低的特点，在脱硝还原剂中加入添加剂，并适量降低系统稀释水耗量，增大雾化空气压力，保证脱硝系统稳定有效运行，最高脱硝效率达到了70%。

参考文献

[1] 刘洪涛，牛胜利，韩奎华，等.非催化烟气还原脱硝法脱硝特性的实验研究[J].动力工程，2009，29（9）：850-853.

[2] 韩奎华，路春美，王永征，等.选择性非催化还原脱硝特性试验研究[J].中国电机工程学报，2008（14）：80-85.

[3] 郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染物控制技术手册[M].北京：化学工业出版社，2001.

[4] 段传和.选择性非催化还原法（SNCR）烟气脱硝[M].北京：中国电力出版社，2012.

[5] 白建宁，李战国.330MW循环流化床锅炉运行优化[J].华北电力技术，2016（1）：55-58.