选择性催化还原法脱硝技术在洗涤行业燃煤锅炉中的应用

史总周

（中国石油抚顺石化公司洗涤剂化工厂，辽宁抚顺，113001）

1 目前锅炉NOx排放现状

中国石油抚顺石化公司洗涤剂化工厂（以下简称洗化厂）现有2台40t/h和1台75t/h中温中压循环流化床锅炉。夏季工况时两台40t/h锅炉互为备用，平均负荷率为47%，冬季工况时两台40t/h和一台75t/h锅炉互为备用，平均负荷率为66.2%。根据洗化厂锅炉烟气NOx实测统计，洗化厂锅炉烟气中NOx的含量在100 mg/Nm3以上。根据《火电厂大气污染排放标准》GB13223-2011的规定，至2014年7月1日起，现有火力发电锅炉排放限值要求：新建锅炉NOx排放浓度必须低于100 mg/Nm3，改造锅炉NOx排放浓度必须低于200 mg/Nm3。由于洗化厂位于抚顺市沈抚新城边缘，距离沈抚新城不足百米，按照抚顺市环评单位及环保局要求，该地区NOx排放浓度应低于100 mg/Nm3。因此，洗化厂现有的3台锅炉进行脱硝治理改造势在必行。

2 SCR脱硝原理和概况

本脱硝工程采用选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝工艺，其基本原理是利用氨气（NH3）对NOx的还原功能，使用氨气（NH3）作为还原剂，将体积浓度小于5%的氨气通过氨气喷射格栅（AIG）喷入温度为320～400℃的烟气中，与烟气中的NOx混合后，扩散到催化剂表面，在催化剂作用下，氨气（NH3）将烟气中的NO和NO2还原成无公害的N2和H2O。这里“选择性”是指氨有选择地与烟气中的NOx进行还原反应，而不与烟气中大量的O2作用。整个反应的控制环节是烟气在催化剂表面层流区和催化剂微孔内的扩散[1]。

在催化剂存在条件下，反应温度在320～400℃之间时，SCR法烟气脱硝工艺的主要反应方程式如下：

其中：式(1)和式(3)是主要反应过程，因为烟气中90%以上NOx是以NO形式存在。在反应过程中，NH3选择性地和NOx反应生成无二次污染的N2和H2O随烟气排放。SCR脱硝反应原理如图1所示。工业应用中SCR法常用的还原剂有氨水、液氨和尿素[2-3]，本脱硝工程还原剂选用液氨。

图1 SCR脱硝反应原理示意图

3 SCR烟气脱硝技术在40t/h、75t/h循环流化床机组中的应用

依托SCR脱硝技术，对动力分厂现有3台锅炉进行技术改造，该项目属于典型的已建机组的脱硝改造工程。2014年7月，该项目其中一台40t/h锅炉改造完成并投入运行。另外两台分别于10月、12月投运。工程选用SCR脱硝技术，液氨作为还原剂，采用国产蜂窝式催化剂。满负荷工况下脱硝效率≥80%，处理后烟气中NOx浓度≤100 mg/Nm3，氨逃逸率≤3 mg/kg。

3.1 工艺流程

整个烟气脱硝系统分为氨区和脱硝区两部分。氨区的主要生产过程为：液氨槽车通过卸料压缩机将液氨从液氨槽车压送至液氨储罐，储氨罐中的液氨通过压差送至液氨蒸发器，液氨蒸发器使用蒸汽将液氨气化成氨气，氨气在缓冲罐中储存。氨气吸收罐主要用于吸收紧急排放或设备检修时排放的氨气。氨气经吸收罐用水吸收后排入废水池，经废水泵升压后输送到厂区废水处理厂。当稀释罐内水位降低时，厂区供工业水作为稀释罐的补充水。氨区生产还包括喷淋系统、消防喷雾系统等。

图2 SCR脱硝工艺流程图

脱硝区的主要生产过程为：来自于氨气缓冲罐的氨气通过与空气稀释风机来的空气混合稀释至小于5%浓度后，通过喷射格栅喷入SCR系统上升烟道中，在烟道中经过导流板、混合器和飞灰整流器等与烟气充分混合，到达催化剂表面；SCR反应器为单烟道单反应器结构，催化剂采用垂直布置，采用“2+1”布置形式，即初装两层，预留一层。烟气中的NOx与喷入的氨气在催化剂表面作用生成氮气和水蒸气。为了防止飞灰的堵塞，每层设置蒸汽吹灰器，定期运行。最后经过催化剂净化后的烟气进入低温省煤器。其主要生产工艺流程见图2[4]。

3.2 脱硝反应器的布置与设计

SCR脱硝反应温度在320～400℃，由于锅炉夏季、冬季负荷波动大，为保证最佳反应温度，将脱硝反应器布置在高温省煤器与低温省煤器之间，采用斜挡板连接，具体见图3。

为防止烟气偏流，对整个反应器及进出口烟道进行流畅模拟（详见图4、图5），根据模拟结果在进出口烟道添加导流叶片、整流设施及喷氨格栅优化调整，使烟气均匀进入反应器。

3.3 省煤器及空气预热器改造

本工程锅炉烟气320～400℃温度范围位于省煤器段，原省煤器为光管，两级布置。由于脱硝系统改造要求锅炉提供足够的烟气接出和接入空间，以便把烟气引入脱硝反应器，并把脱硝反应后的烟气再引回锅炉，而现有锅炉尾部竖井在烟气320～400℃温度范围最大空间尺寸为700cm，不能满足接出烟道要求。为此把原光管省煤器改造为H型鳍片省煤器（见图6），减小省煤器尺寸。在高温省煤器和低温省煤器之间留出合适的空间，把烟气引到SCR反应器。脱硝后的烟气再回到低温省煤器。烟气进出口之间采用斜挡板连接。SCR法脱硝易产生部分硫酸氢铵，低熔点的硫酸氢铵会对空气预热器造成局部腐蚀和积灰，故空气预热器改用镀搪瓷管（见图7）。

图3 SCR烟气脱硝系统布置图

图4 流畅模拟图（一）

图6 H型鳍片管图

4 脱硝效率评价

项目投产后，经过一段时间的优化运行，锅炉脱硝反应器入口、出口数据见表1，脱硝浓度及氧含量浓度曲线见图8。对75t/h锅炉进行168小时的考核标定，标定期间锅炉平均蒸汽流量为62.54T/h，负荷率83.4%。锅炉装置及下游热用户运行平稳正常。处理后烟气中NOx浓度≤100 mg/Nm3，脱硝效率≥80%，氨逃逸率≤3 mg/kg，各项参数指标均达到设计值。

图5 流畅模拟图（二）

图7 空气预热器用镀搪瓷管图

表1 锅炉脱硝反应器入口、出口数据

图8 2015年1月27日-2月2日脱硝浓度及氧含量浓度曲线

5 结语

SCR烟气脱硝技术在洗涤剂行业小机组燃煤锅炉烟气脱硝改造的成功应用，突破常规脱硝反应器布置在省煤器与空气预热器之间的一贯设计，大胆采用新方案，将脱硝反应器布置在高温省煤器与低温省煤器之间。此方案最大的优点是，既保证了脱硝的反应温度，又压缩了烟道的安装空间。该技术方案在洗涤剂行业脱硝改造项目中属首次应用，为洗涤行业小机组燃煤锅炉脱硝改造积累了丰富经验，属于成功改造的典型案例。

此脱硝改造项目的顺利完工和投用对改善烟气对大气的污染意义重大，将对地方的环保起到积极作用。

[1] 钟秦.燃煤烟气脱硫硫硝技术及工程实例[M].北京:化学工业出版社,2002.

[2] 赵君科,尹华强,汤争光,等.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京:化学工业出版社,2007.

[3] 段传和,夏怀祥,谷小兵.燃煤电站SNCR脱硝系统喷射还原剂介质对锅炉效率的影响[J].电力科技与环境，2012,28(1):55-57.

[4] 刘进雄,曾令大.锅炉尾部烟道脱硝技术[C]. 北京:中国电力, 2009年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集,2009：154-157.