青岛龙发热电有限公司SNCR脱硝提升改造经验

杨怀玉 徐芹 肖成海 姜秀霞

【摘 要】250t/h循环流化床锅炉SNCR脱硝优化升级改造采用：优化喷枪安装位置、更换喷枪，更换还原剂，增加脱硝添加剂等方式，通过升级改造，将250t/h循环流化床锅炉烟气排放的氮氧化物从80-120mg/Nm降低到50mg/Nm以下，达到烟气超低排放的改造任务。

一、前言

青岛龙发热电有限公司共有3台锅炉，3、4锅炉已经安装了SNCR+SCR脱硝装置，依据山东省2018年实施的电站锅炉实施烟气超低排放的要求，能够达到烟气超低排放的要求，2锅炉作为备用锅炉只安装了SNCR脱硝装置，达不到超低排放的要求，为使2#锅炉满足超低排放的要求，对只安装SNCR脱硝装置的2#锅炉实施优化提升改造。

二、改造前的状况、主要技术经济指标、存在的问题

2循环流化床锅炉早期安装的是干粉脱硝系统，烟气氮氧化物排放要求达到200mg/Nm以下的标准;后期烟气氮氧化物排放标准达到100mg/Nm以下时，改造SNCR脱硝装置，还原剂采用20%的氨水;满负荷运行时，烟气氮氧化物排放达到70-90mg/Nm，低负荷运行时，烟气氮氧化物排放时有超标，最高达到120mg/Nm，此时只能大量喷射氨水，烟气氮氧化物勉强降低到100mg/Nm以下，氨逃逸超标严重，氨腐蚀问题影响锅炉运行;本次改造根据山东省环保治理提升要求，氮氧化物排放标准达到50mg/Nm以下的要求，解决氨逃逸超标问题。

三、改造方案

青岛龙发热电有限公司领导高度重视，2017年10月与通用技术集团工程设计有限公司（原煤炭工业济南设计研究院）组成攻关小组进行攻关改造。

（1）原系统试验及分析

攻关小组成立后，首先对原系统进行多次试验，并分析得到的数据，观察原装置及系统分析发现：

1）锅炉负荷的变化直接影响，2锅炉为供暖锅炉，负荷根据天气变化调整，正常负荷在60-90%之间变化，负荷80-90%时，旋风分离器出口烟气温度低于850-920℃之间，满足SNCR脱硝工艺的温度窗口，负荷60%时，旋风分离器出口烟气温度低于800℃，不能满足SNCR脱硝工艺的温度窗口，在锅炉低负荷运行时只采用SNCR脱硝工艺很难达到超低排放指标的要求。

2）还原剂采用氨水，氨水的反应温度窄，氨水脱硝开始温度是760℃，开始时只有30%的效率，只有在炉膛温度达到850-950℃时，脱硝效率达到最高值70-90%的效率，氨水脱硝反应温度窗口窄，制约了低负荷运行时的排放达标。

（2）改造内容：

根据攻关小组全体成员的研究确定以下整改方案：

1）还原剂氨水改成尿素

氨、氨水、尿素是SNCR工艺中常用的还原剂，从安全、投资角度上以氨水和尿素为主，在反应过程中，选用不同还原剂，有效温度窗口不同。通过实际运行及考察得知：氨水SNCR的反应温度窗口较窄，而尿素溶液SNCR的反应温度窗口相对较宽，从700℃-1050℃都有效，最佳脱硝温度为850-950℃;根据以上还原剂分析特点及50t/h锅炉实际运行情况，选定脱硝还原剂为尿素溶液。

另外尿素溶液更适合双流体喷枪，喷射覆盖面大;在锅炉旋风分离器入口处安装喷枪，该处烟气温度一般在800-900℃之间，处于高温区，喷枪喷射的雾化如采用氨水，雾化氨水喷射液会迅速与高温烟气接触，瞬间蒸发，造成穿透力差;而采用尿素溶液后，尿素溶液在喷枪内与压缩空气混合后通过雾化喷头喷出，形成不同大小的颗粒状小水滴，喷射液中小颗粒会迅速与高温烟气接触，首先瞬间蒸发，大中型颗粒会穿透烟气随后蒸发，由于尿素溶液喷枪喷射具有一定的穿透力，加大了喷射覆盖面积。

2）重新选择新型喷枪

原采用脱硝系统的喷枪采用氨水作为还原剂，改成尿素溶液后工艺参数随之变换，根据新工艺的特点和工艺参数要求，重新设置喷枪。

3）在尿素溶液中添加添加剂，进一步提升脱硝效率。

四、脱硝添加剂介绍

脱硝真实的反应机理为：NH首先通过与OH等活性基团反应，转化为易于与NO反应的NH基团，NH会与NO发生还原反应生成N;

NH+NO---N+HO

当锅炉炉膛温度较低时，烟气中产生的OH基团浓度偏低，生成的OH基团很快被消耗，生成的NH量少，因此在煙气低温区脱硝效率低，甚至没有脱硝作用;随着反应温度的逐步增加，烟气中生成的OH基团浓度不断增加，使得大量的NH转化为NH，进而会触发SNCR反应的链式反应，脱硝效率迅速提高，当烟气温度继续升高时，NH与O反应生成NO，脱硝效率逐步降低，这就是SNCR系统反应温度窗口确定的原理。

从上述原理中得知：当NH向NH的转换需要反映条件充分，转换量大，脱硝效率高，氨逃逸量少，当反映条件不充分时，转换量小，脱硝效率低，氨逃逸量大，SNCR反映条件是在800-1000℃之间时才能反映，SCR反映条件是在300-400℃之间，在催化剂的作用下才能反映，这两个条件就是使NH向NH的转换反应条件，只有在这个条件下产生活性基元，督促其转换，通过研究分析其活性基元主要有OH、O、H等;

具体的主要反应式如下：

NH+OH-----4NH+HO

NH+O-----4NH+HO

NH+H-----4NH+HO

只有生产NH才能发生还原反应

NH+NO-----NNH+OH

NNH-----N+H2

NH+NO---N+H0

从上式中可以看出适量的OH、O、H基元是NOx还原反应的必要条件，低温下活性基团少，是NH转换成NH的少，NO还原少，氨逃逸多;活性基团确定了NH还原NO的主要因素，烟气内的活性基团在温度低于温度窗口 800℃时产生量不足，会造成反应速率太慢，在较短的停留时间内得不到较高的 NOx去除率，这是低温下SNCR脱硝效率不高的主要原因。

五、改造效果

2循環流化床锅炉通过上述方案整改完毕后，烟气脱硝效率大大提高，满负荷运行时完全达到氮氧化物超低排放的技术要求;

2循环流化床锅炉为青岛胶州市供暖锅炉，锅炉运行负荷随着天气的变化而变化，特别当天气好时，锅炉不用满负荷运行，锅炉负荷低时，产生的烟气温度低，这时在尿素溶液中添加提效添加剂，提高SNCR脱硝效率，完全达到超低排放的要求。

结束语

此次脱硝改造，通过更换脱硝还原剂，利用尿素脱硝的特点，更换喷枪、重新布置喷枪安装位置，加大了脱硝还原剂在炉膛旋风分离器入口的覆盖面积，使SNCR脱硝工艺达到最优化状态，使脱硝效率达到最高，特别在锅炉负荷低运行时，在尿素溶液中添加提效添加剂，提高SNCR脱硝效率;此次改造提高了SNCR脱硝装置的稳定性和经济性，省去了增加SCR装置费用，圆满的完成了改造任务，改造费用低，效果显著。

参考文献：

[1]罗眉、黄万联、李康敏等 高效SNCR脱硝技术与应用【J】科技与企业 2011（7）

[2]邢国梁、宋正华、杨正平等 SNCR法脱硝工艺影响因素的初步探讨【G】中国硅酸盐学会环保学会年会论文集 2009

[3]发明专利：提高SNCR脱硝效率的脱硝剂及其制备方法 专利号 CN 103816799 A 专利权人：车均、杨怀玉

（作者单位：1通用技术集团工程设计有限公司;2青岛龙发热电有限公司）