锅炉烟气脱硝装置运行总结

2017-10-12，

河南化工 2017年8期

关键词：还原剂投运喷枪

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(河南能源开封龙宇化工有限公司 , 河南开封 475200)

锅炉烟气脱硝装置运行总结

孙照新，张保才

(河南能源开封龙宇化工有限公司,河南开封475200)

随着国家环保部门对锅炉烟气排放指标的要求越来越严，为保证锅炉烟气中NOx排放达到国家新的环保标准，开封龙宇化工有限公司3×45 t/h锅炉工段于2016年底投资200余万元新上1套锅炉烟气脱硝装置。该装置投运后，经过近半年来的摸索调整，基本达到设计指标，目前锅炉烟气NOx平均排放浓度控制在150 mg/m3以下，满足了国家最新环保标准200 mg/m3以下的要求，为公司的长期稳定生产创造了良好的条件。

锅炉烟气； SNCR ；排放浓度；氨水

开封龙宇化工有限公司40 kt/a聚甲醛项目锅炉工段现有45 t/h锅炉3台，2开1备，为主装置提供生产所需的热能。本装置是由太原锅炉集团制造的TG-45/1.27-M型高温分离、低循环倍率循环流化床锅炉，单锅筒、自然循环、钢结构、前吊后支、室外布置、π型结构。锅炉为双层布置，楼上为锅炉主体部分及操作室，楼下一层布置除渣系统，排污系统操作平台以及安装风机、风道及烟道等设备。锅炉还布置有布袋除尘器、气力除灰、脱硫装置等系统。自2011年投运以来，设备运行稳定。因原锅炉烟气系统设计未考虑烟气脱硝，随着国家环保标准的提高，公司于2016年底投资200余万元新上1套锅炉烟气脱硝装置，以满足国家环保部门对锅炉烟气中NOx的要求。

1 烟气系统工艺流程

燃料煤由称重式皮带给煤机送入炉膛(密相区)与鼓风机送来的空气燃烧生成高温烟气，高温烟气经炉膛内水冷壁管吸收热量后携带未燃尽的细小颗粒经炉膛出口至旋风分离器分离，分离出的固体颗粒经回料装置送回炉膛密相区继续参与燃烧，高温烟气进入尾部烟道流经蒸发管、高温省煤器、低温省煤器、空气预热器后进入布袋除尘器除尘后变成净烟气经引风机送至脱硫装置脱硫后送到烟囱排入大气。锅炉脱硝装置氨水喷入位置在炉膛上部的出口烟道部位。

2 脱硝工艺方案的选择

2.1 NOx生成的机理

锅炉燃烧过程中会生成大量的NOx，主要来源于三个方面：热力型NOx、瞬时型NOx和燃料型NOx。

热力型NOx是在高温条件下，燃烧空气中的氧气与氮气反应生成的，占总量的25%～30%，温度<1 350 ℃时几乎不生成。

瞬时型NOx主要是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高的区域所产生的烃与燃烧空气中的N2分子发生反应，形成的CN、HCN，继续氧化而生成的NOx。生成量极少。

燃料型NOx是燃料中所含的氮化合物在燃烧过程中热分解接着又氧化而生成的氮氧化物，主要是NO。其生成量占燃煤锅炉排放总量的75%～90%。

三种机理产生NOx的量与温度的关系见图1。

图1 三种机理产生氮氧化物的量与温度的关系

2.2 NOx的控制措施

实践证明，燃料型NOx主要取决于燃料中氮的含量，燃料的来源及形成的地质条件对燃料中氮含量有较大影响。热力型NOx与炉内燃烧环境和燃烧温度有着密切的关系。根据NOx的生成机理，其控制措施分为：①控制燃烧过程中NOx的生成，即低氮燃烧技术。 ②对生成的NOx进行处理，即烟气脱硝技术。国际上把燃烧中NOx的所有控制措施统称为一次措施；把燃烧后的NOx控制措施统称为二次措施。

低氮燃烧技术是一类简单和经济的脱硝技术，其主要方法是采用改变燃烧气氛和调整燃烧温度及温度分布等手段，通过对燃烧过程的监控，优化燃烧过程，降低热力型NOx的生成，不需要加入还原剂，因此一次投资成本和运行成本较低。其缺点是：低氮燃烧技术的脱硝效果受到熟料煅烧所需气氛制约，脱硝空间十分有限，脱硝效率一般为10%～20% 。

目前，锅炉烟气脱硝主流技术主要有选择性非催化还原技术(简称SNCR)和选择性催化还原烟气脱硝技术(简称SCR)。三种烟气脱硝技术的比较见表1。

SNCR技术是一种性价比较高、建设周期短、投资省、脱硝效率中等的烟气脱硝技术，该技术是用氨水、尿素溶液等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，还原剂喷入锅炉温度为850～1 100 ℃的区域，迅速与烟气中的NOx进行反应生成H2O和N2，以锅炉为反应器。SCR技术的工艺为在省煤器出口的管道上把烟气(300～400 ℃)引入SCR反应器，在反应器前的管道上加入还原剂氨，氮氧化物在催化剂作用下被氨还原为无害的氮气和水。

表1 三种烟气脱硝工艺的比较

选择的脱硝工艺方案为以氨水为还原剂的SNCR技术。

2.3 以氨水为还原剂的选择性非催化还原技术

以氨水为还原剂的选择性非催化还原技术(简称SNCR)是用氨水溶液为还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，氨水喷入锅炉温度为850～1 100 ℃，迅速与烟气中的NOx进行反应生成H2O和N2，以锅炉为反应器。在温度窗口内，氨水(质量浓度20%～25%)还原NOx的主要反应为：

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。氨水的最佳反应温度窗口为850～1 100 ℃。当反应区温度过低时，反应效率会降低；当反应区温度过高时，氨会直接被氧化成NO2和NO。氨的逃逸会造成新的环境污染。

SNCR技术其性能受多种因素影响，主要有温度窗口、停留时间、氨氮比、还原剂与烟气混合的程度、烟气氛围以及还原剂种类等。这些影响因素的关键是还原剂在合适的温度窗口喷射以及喷入的还原剂与烟气能够进行充分混合和反应，从而实现较高的脱硝效率，提高还原剂利用率，降低还原剂耗量和尾部氨逃逸。

SNCR 系统烟气脱硝过程是由下面四个基本过程完成：①制备和储存还原剂；②还原剂的计量输出，与水混合稀释；③在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂；④还原剂与烟气混合进行脱硝反应。

以氨水为还原剂的SNCR系统一般流程图如图2所示。SNCR系统主要由氨水溶液制备系统、氨水输送、稀释及计量控制系统、还原剂喷射系统等组成。

图2 以氨水为还原剂的SNCR系统一般流程图

外购浓度为20%的氨水运输至厂区后，通过泵将槽罐车内的氨水输送至氨水储罐。出氨水储罐的氨水经氨水泵加压、计量和控制后进入计量分配模块和喷射模块。稀氨水溶液进入控制阀组，分配到安装在锅炉上的喷枪组。喷雾系统采用空气介质雾化内混式喷枪，将氨水雾化成平均粒径为几十微米的细小液滴，增大烟气NOx与氨水液滴之间的汽液传质面积，加快反应速度，提高反应效率。

3 装置运行存在问题及注意事项

3.1 严格控制氨氮比

控制氨氮比是根据锅炉烟气中NOx的含量，调整氨水加入量和控制烟气中氨逃逸量。从SNCR系统逃逸的氨主要来自两种情况，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应；另一种是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。逃逸的NH3不仅会使烟气中的粉尘容易沉积在余热锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到SO3会产生(NH4)2SO4易造成余热锅炉堵塞，并有腐蚀的危险。因此，为保证达到最佳的运行效果，在保证还原剂与烟气混合均匀的情况下，氨的逃逸量应在10 mg/Nm3以下。目前，我公司氨的逃逸量一般在5 mg/Nm3以下。

3.2 保证还原剂均匀喷入

还原剂的均匀喷入在脱硝装置运行过程中至关重要，它不仅影响到装置的脱硝效率，而且对还原剂的使用量、锅炉受热面的保护都有很大的影响。还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到锅炉内最有效的部位，因为NOx的分布在锅炉对流断面上是经常变化的，如果喷入控制点太少或喷到锅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。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。为使还原剂加入量均匀，喷枪是SNCR脱硝的关键设备，我公司采用双流体喷枪，依靠压缩空气的推动力使氨水溶液雾化。该喷枪在高温高粉尘的环境下有良好的雾化效果，并能持续保持。

同时，采取正确合理的喷射策略，即喷枪数量和布置方式的合理组合。我公司的喷射策略为每台锅炉在出口烟道和旋风分离器入口各安装两支喷枪，每台锅炉布置4支。喷枪的喷射面与烟气流动方向垂直，确保喷射出的氨水溶液与烟气充分混合。且每支喷枪可单独投运，可组合搭配出数种喷射策略，可根据锅炉运行情况适时调整，找到最经济的运行模式。

3.3 喷枪的保护

由于喷枪的前半部及喷头均位于高温部位，极易因高温损坏，从而影响喷射效果，因此，喷枪的保护对装置的长周期稳定运行有着至关重要的影响。在设计上，喷枪伸入烟道的部位在金属结构外部加装耐高温陶瓷套管加以保护。喷头在正常运行时因氨水溶液和空气的冷却作用，温度不至于很高，但当系统负荷较低或锅炉开停车停运时，因部分喷枪投入运行较晚，喷头就极易达到高温，此时必须注意喷头的保护。目前采取的措施是当系统处于上述状态时，空气不停，作为喷枪的冷却介质，或者将不投运的喷枪暂时拔出，需要投运时再装入。