循环流化床锅炉SNCR系统优化与应用

焦小波 刘霖杰

摘 要：本文主要对循环流化床锅炉中的SNCR脱硝系统进行优化改造，通过对尿素溶液喷射装置的优化，调整尿素溶液制备系统的加热方式，调整雾化风，同时加强运行管理保证脱硝最佳反应温度，保证还原剂和烟气充分混合、反应，提高还原剂与烟气的充分混合与接触、反应，提高烟气脱硝效率，降低还原剂（即尿素）消耗、降低生产成本。

关键词：循环流化床锅炉;脱硝系统;SNCR;尿素溶液喷射装置

随着环境污染给人类带来的问题越来越严重，人们的环境保护意识日益增强，我国针对环境保护的法律法规不断健全，对火力发电厂NOx排放控制日益严格[1]。循环流化床锅炉技术作为一种高效、低污染、清洁的燃烧技术，已在电站锅炉、工业锅炉、废弃物处理利用等领域得到了广泛应用[2-3]。选择性非催化还原（SNCR）是一种烟气脱硝技术，其原理是将氨还原剂在一定的温度窗口下与NOx发生选择性非催化还原反应，达到降低NOx排放的效果[4]。

1 脱硝系统运行状况分析

我公司脱硝系统采用SNCR+SCR技术，SNCR+SCR混合技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用未反应氨进行催化反应结合起来，达到所需的脱硝效果，它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率进行有效结合的一种扬长避短的混合工艺。SNCR+SCR混合工艺的脱硝效率为90%，氨的逃逸小于3mg/Nm3。

目前，SNCR系统中尿素溶液使用量居高不下，已成为制约系统经济性运行的重要因素，因此对公司三台循环流化床锅炉的SNCR系统进行优化与应用。

SNCR系统尿素溶液喷射装置为2014年7月投用至今，該型式喷枪为尾部混合文丘里型式喷枪，采用文丘里原理，压缩空气在喷枪尾部进入，尿素溶液在压缩空气后部进入喷枪尾部，通过压缩空气的高速喷射抽动尿素溶液进入混合室，混合后的气液混合物至喷枪喷头处雾化，要求压缩空气压力不低于0.3MPa，且各部件加工精度要求极高，雾化喷嘴极易高温磨损。经现场检查分析，造成尿素消耗过大的主要因素即为该型式喷枪雾化效果差。

2 优化方案

2.1 尿素溶液喷射装置优化

将尿素喷枪更换为尾部喷射混合型式，该型式采用尿素溶液于两侧释放孔喷出，与压缩空气混合，于枪头处雾化喷出。尾部喷射混合型式喷枪结构相对简单，易于加工制造，气液混合充分，雾滴粒径可达50-70微米，溶液与烟气中的氮氧化物接触更加均匀，反应更加充分，脱硝效率更高，运行费用更低。

其最佳流量范围10-400L/h;压缩空气压力0.1-0.6MPa，液体压力0.1-0.6MPa;喷枪有二个接口，分别为进液口、进气口;最高环境温度：1250℃;最大工作压力：1.5MPa，且有雾化精细、耐磨、耐腐蚀、耐高温、无需冷却风等优点。

2.2 喷枪喷嘴的角度选择与防磨优化

根据喷枪在锅炉上的安装位置，喷枪的喷嘴为主线垂直于烟气流向的橄榄型喷口，雾化后气液混合物呈扇形雾化状态，扇形界面与烟气流向垂直，最大程度提高混合度、提高反应效率。喷嘴设有60°导流角，有利于气液混合物进一步膨胀扩张。针对喷嘴被高温烟气冲刷磨损，喷枪整体采用310s不锈钢，具有良好耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱、耐高温性能，且喷枪壳内有气液混合物冷却;喷嘴采用激光熔覆技术，使用镍基合金包覆喷嘴，提高其耐磨性能。

2.3 尿素溶液的制备系统优化

尿素为无色或白色针状或棒状结晶体，无臭无味。含氮量约为47%，溶于水，在20℃的水中溶解度为1080 g/L。为保证脱硝的效率，提高尿素溶液的溶解度，公司对尿素溶液的制备系统做出以下调整：

原尿素溶液的制备中使用蒸汽加热，加热处为尿素制备溶解罐。蒸汽来源原为对外供汽管道疏水管，蒸汽压力为0.1-0.2MPa，加热后温度为25℃。现将蒸汽来源改为汽轮机打孔抽汽支管，压力为0.4-0.5MPa，加热后尿素溶液温度为50℃。

2.4 雾化风的优化调整

公司原有喷枪采用头部混合、雾化模式，要求压缩空气压力不低于0.3MPa，另因其喷嘴极易高温磨损，需配备冷却风，冷却风压力要求不低于0.2MPa。采用尾部喷射混合型喷枪后，不需要冷却风。经试验，新型喷枪所需雾化风采用压缩空气作为雾化介质，压缩空气压力要求为0.1-0.6MPa。

3 经济效益

根据上述优化方案将公司SNCR脱硝系统进行优化改造，通过对尿素溶液喷射装置的优化，调整尿素溶液制备系统的加热方式，调整雾化风，同时加强运行管理保证脱硝最佳反应温度，公司锅炉烟气脱硝效率不断提高。

经统计：优化方案实施前，每天消耗尿素约为10吨;优化方案实施后，每天添加消耗尿素约为8吨，每天少消耗尿素约2吨。公司制造安装新型尿素溶液喷射装置12套，成本及其他费用共计约20万元，因此，综合考虑取得效益约为96万元/年。

参考文献：

[1]胡浩毅.以尿素为还原剂的SNCR脱硝技术在电厂的应用[J].电力技术，2009（3）：22-24.

[2]冯俊凯等主编.循环流化床燃烧锅炉[M].北京：中国电力出版社，2003.

[3]余洁.循环流化床锅炉的污染物排放与控制探讨[J].煤质技术，2012（3）：46-49.

[4]Richard K Lyon.Method for the reduction of the concentration of NO in combustion effluents using ammonia[P].US. 3900554，1975.