SNCR脱硝装置对CFB锅炉运行的影响研究

边海龙

摘要：基于CFB锅炉烟气脱硝装置，仅要求40%～70%的脱硝效率就可以实现NO。达标排放，因此，国内大部分的CFB锅炉脱硝改造工程均选择选择性非催化还原法（SNCR）脱硝工艺。本文结合现场性能试验和理论分析，对SNCR脱硝装置对CFB锅炉运行影响的情况进行研究。

关键词：SNCR;脱硝装置;CFB锅炉运行

目前我国燃煤电厂氮氧化物排放量持续增长，由此引起的环境污染问题日益突出。选择性非催化还原（SNCR）技术作为一种简单经济的N0x控制技术，建设周期短且改造相对容易，同时可与其他NOx控制技术复合应用达到较高的脱硝效率，适用于我国新建燃煤电厂及现有电厂改造。由于SNCR技术要求的温度较高且对温度条件较为敏感，当锅炉低负荷运行时，还原剂喷射区域的温度范围偏离了SNCR最佳的脱硝温度窗口，脱硝效率明显下降，使其不能满足N0x排放标准，这成为该技术大规模推广应用的主要障碍。因此，探明锅炉低负荷运行参数与不同烟气组分浓度对SNCR脱硝过程的影响规律，改善SNCR脱硝效率是SNCR技术向电厂锅炉推广的关键问题。

一、锅炉污染物排放的危害

近两年大气污染物的排放量中大约一半的排放量来自于火电厂，火电厂在生产过程中排放的SOx、NOx、以及粉尘等有害物质不仅危害人类的健康，而且还影响农业生产，SOx在空气中形成的酸雨会腐蚀建筑，酸化土地。NOx易进入人体血液中，造成血液中氧减少，引起中枢神经麻搏，还危害人体的其他器官如（心、肝、肾脏和造血组织）。NOx對臭氧层有破坏作用，容易生成光化学烟雾，并且抑制植物光合作用，危害植物[1]。油品质量也是造成雾霾的一个主要原因，成品油亟待升级。而其中雾霾影响最受关注的城市北京是油品标准最高的城市。PM2.5 的问题，主要是解决燃煤污染。燃煤电站锅炉又是燃煤的大户，因此如何提高燃烧效率，提高脱硫脱硝效率，从而改善大气环境，变成了一个全国上下都密切关心，刻不容缓需要解决的问题。

二、试验

1、锅炉主要设计运行。某热电厂410 t/h为例来说明SNCR脱硝装置对CFB锅炉运行的影响。该锅炉是高温高压、单汽包、自然循环锅炉，空气预热器为卧管式空气预热器。由于环保要求日益严格.该热电厂在烟气脱硝改造的同时也进行了脱硫改造.脱硫改造工艺为“炉内喷钙+石灰石一石膏湿法脱硫工艺”为了节约资源.提高脱硫装置的利用率。在燃煤硫分不高的情况下炉内喷钙脱硫装置退出运行.石灰石一石膏湿法脱硫装置投运。本次烟气脱硝试验期间.炉内喷钙脱硫装置退出运行。

2、试验要求及依据。试验要求主要包括：（1）脱硝装置及辅助系统处于完好状态，已正常稳定运行;（2）试验期间锅炉配风方式保持一致，试验期间不变配风;（3）试验期间燃煤煤质接近设计煤质，煤质稳定，还原剂品质稳定;（4）锅炉及脱硝装置运行参数尽量接近设计值;（5）试验期间锅炉负荷按试验要求稳定运行。

三、结果与讨论

1、试验结果。该热电厂脱硝改造工程采用SNCR烟气脱硝工艺，烟气脱硝装置安装于旋风分离器人口水平烟道上.采用颗粒尿素作为脱硝还原剂。本次性能试验以SNCR烟气脱硝装置性能考核试验为基础，以《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》，进行了技术性能试验研究。

2、结果分析

（1）氨逃逸浓度分析。空气预热器（简称空预器）进、出口氨逃逸浓度。空气预热器进、出口氨逃逸浓度值存在偏差.并且入口浓度明显高于出口浓度.但当人口氨逃逸浓度逐渐降低时。偏差随之逐渐减小，在3X10-6以下时偏差接近为零，说明烟气在通过空气预热器时有部分逃逸氨被留在空气预热器中，造成出口氨逃逸浓度降低。根据分析.产生这种现象的主要原因是逃逸氨在空预器本体换热元件低温段与SO3、H02发生化学反应，生成了硫酸氢铵，消耗了部分逃逸氨，同时也有可能被空预器热管上的积灰所吸附。

（2）空预器阻力分析。空预器本体内部产生硫酸氢铵会在低温段形成积垢。引起堵灰阻塞，使空预器本体阻力增加。在脱硝装置投运/不投运条件下.空预器本体阻力有较明显差异，脱硝装置投运条件下阻力明显高于不投运条件下阻力.最大相差近500Pa，之所以能产生明显的变化.一方面是人口氨逃逸浓度较高;另一方面是人口SO2、SO3、粉尘浓度也较高，在合适的温度下很容易形成硫酸氢铵.引起堵灰积垢，导致空预器阻力增加。然而，氨逃逸浓度低时空预器阻力大小与脱硝装置不投运时接近.说明控制氨逃逸排放浓度有利于抑制空预器阻力增加。

（3）氨逃逸浓度对空预器阻力影响分析。根据空预器入口氨逃逸浓度越高.空预器阻力增加越大.说明燃用此种硫分的燃煤时，硫酸氢铵的产生主要取决于氨逃逸浓度。因此，电厂在日常运行时应注意控制还原剂使用量，避免因氨逃逸浓度高造成空预器阻力增加过快加快阻塞速度。在氨逃逸浓度低于3X10-6。时，空预器进出口氨逃逸浓度偏差较小，空预器阻力降低，说明氨逃逸浓度低时有利于控制硫酸氢铵的生成，降低因硫酸氢铵导致空预器阻力增加的风险。

（4）氨逃逸浓度对空预器出口SO3浓度的影响。分析空预器作为一种热交换装置。本体内部换热元件表面形成温度梯度。在NH3、S03、H20三者同时存在的情况下极易形成硫酸氢铵.并且化学反应正向进行.不同温度条件下硫酸氢铵呈现不同物理形态，特别是空预器低温段极易形成半固态硫酸氢铵，附着在换热元件表面，容易吸附飞灰很难清除。从图可以看出，空预器入口NH3、SO3浓度越高时，出口NH3、SO3浓度越低，并且NH3、SO3浓度减量越大。

SNCR在生产实际中的问题，将SNCR技术正式投入使用8000 h后，在SNCR喷射器的喷口位置其浇注料遭到了较为严重的腐蚀，导致销钉露出。造成这种问题的原因主要是喷口位置的选取失误，因为还原剂在进入炉内后其喷射的实际深度以及宽度没有达到规定的标准，导致尿素落到浇注料上。经过分析研究可以发现，当尿素落到浇注料上后会形成一层连续液膜，此时炉内的温度较高，液膜原来所含的水分会不断蒸发，导致尿素被分解产生甲铵且含量不断上升，受到甲铵的腐蚀性影响，浇注料出现严重破坏。

SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉的使用，目前脱硝系统总体运行情况仍较稳定，通过对脱硝的性能进行测试，脱硝效果较好，脱硝效率能达到60%左右，与设计要求基本一致，确保NO，达标排放。但SCNR在运行过程中也暴露了一些问题，象喷口处受热面腐蚀问题制约锅炉长周期运行。氨逃逸过大会造成空预器堵塞及其他卫生问题。通过不断地积累、优化调整以及升级喷枪、落实定期试验等措施，可进一步提高SNCR脱硝技术长周期经济运行水平。

参考文献

[1]张俊春，程乐鸣，黄晨.煤灰对流化床氮氧化物排放影响的试验研究[J].动力工程学报，2018，32（6）：05.

[2]侯祥松，张海，李金晶.影响选择性非催化还原脱硝效率的因素分析[J].动力工程，2020，77.

[3]高阳，赵博，禚玉群.SNCR）技术在循环流化床锅炉烟气脱硝的工程应用[J].北京：清华大学热能工程系，2019.