SNCR与COA联合脱硝在循环流化床的运用

陶天峰

(安徽华谊化工有限公司, 安徽芜湖 241000)

安徽华谊化工有限公司(简称华谊化工)现有3×150 t/h燃煤锅炉建于2011年，执行GB 13223—2011《火电厂大气污染排放标准》。2015年，华谊化工采用选择性非催化还原(SNCR)法脱硝，使用非触媒SNCR全程变量喷射脱硝装置，脱硝装置满足NOx质量浓度<100 mg/m3。2018年新环保法颁布后，国家对化工企业的燃煤锅炉排放指标要求日趋严格，为了更好地适应发展需要，2018年，华谊化工对现有燃煤锅炉进行烟气脱硝升级改造。

1 脱硝系统概况

华谊化工采用SNCR+气相循环氧化吸收协同(COA)脱硝工艺。SNCR脱硝项目于2015年建设，2016年6月投用;气相COA脱硝系统于2018年8月建设，2019年4月投用。

1.1 SNCR脱硝部分

SNCR脱硝系统是通过在锅炉中合适的温度区域喷入还原剂(氨水)，将其余NOx反应，生成氮气和水。由于在炉膛内高温区域发生还原反应，所以SNCR脱硝又称为炉内脱硝[1-2]。

SNCR脱硝系统是经实践证明的高效炉内脱硝系统，可有效减少工厂NOx的排放量。采用氨水作为还原剂，实现锅炉烟气全自动高效炉内脱硝。

以氨水溶液作为还原剂的总反应式[3]为:

(1)

1.2 气相COA脱硝部分

气相COA脱硝系统包括高压氧气输送减压系统、臭氧发生系统、脱硝剂存储系统、脱硝剂输送系统及脱硝剂喷射系统等。COA脱硝技术通过在循环流化床反应器内喷入一定量的臭氧，将烟气中NO氧化成NO2后，再被吸收塔内的钙吸收剂反应吸收。

气相COA脱硝系统主要控制氧化剂(臭氧)的量和加入到循环流化床脱硝装置内的消石灰量。氧化剂(臭氧)的添加量根据出口NO浓度来确定，消石灰的添加量由NO2的排放量调节。

COA脱硝工艺的基本原理为：循环流化床反应器侧喷入的臭氧与NO反应，生成NO2，在吸收塔内，激烈湍动的消石灰流化床层，与拥有较大比表面积的消石灰和喷入的水幕接触，形成局部湿润的消石灰以促进吸附NO2，完成脱硝过程。

COA脱硝工艺的主要化学反应式[4]为：

Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+H2O

(2)

2 脱硝系统调试情况

2019年5月30日—6月13日，对1#、2#、3#炉进行查定,结果表明:NO氧化成NO2的氧化效果有差异，NO2吸收效果不够理想。

2.1 脱硝效果

设计脱硫塔入口NOx质量浓度为150 mg/m3(干标，φ(O2)=6%，以NO2计)，经气相COA脱硝后满足NOx质量浓度≤50 mg/m3(干标，φ(O2)=6%，以NO2计)要求。但是实际运行情况为：试投运初期脱硫岛入口NOx质量浓度<80 mg/m3时，脱硫岛出口NOx质量浓度<50 mg/m3;此外，NO2较难控制，NOx质量浓度有所波动，波动时总NOx质量浓度有时>50 mg/m3;NO质量浓度最低仅能达到7～8 mg/m3。

2.2 消石灰耗量

设计脱硫脱硝合计消耗石灰质量流量≤1 t/h，查定期间，消耗石灰质量流量达到1.5 ～2 t/h时，气相COA脱硝效果仍满足不了设计要求。

2019年6月14日—21日，在前期查定的基础上，从控制手段，即脱硫塔床层压降控制、脱硫塔出口温度控制、布袋除尘器灰斗料位控制、臭氧发生器运行模式、消石灰给料量控制、炉内脱硫、煤种选择、锅炉燃烧控制、SNCR投用等方面进行进一步参数优化,并对生石灰品质进行多次分析化验，结果表明:气相COA脱硝不达标的主要原因为生石灰品质不达标及消石灰比表面积不足;此外，烟气中存在N2O对NOx排放有一定影响。

随着生石灰、消石灰品质的不断提升，参数的优化，NOx脱除要求满足了进口NOx质量浓度(≤150 mg/m3)、出口NOx质量浓度(<50 mg/m3)的要求。

3 脱硝系统验收情况

1#～3#炉脱硫脱硝性能数据见表1。

表1 脱硫脱硝性能数据

1#～3#炉能耗数据见表2。

表2 能耗数据对比

4 脱硝系统正常运行情况

4.1 排放情况

华谊化工锅炉基本维持单炉70%负荷运行，气相COA脱硝系统验收后，脱硝一直采用SNCR+气相COA运行模式，根据芜湖市重污染天气应急指挥部发布的污染天气预警进行锅炉排放指标的控制。重污染天气时，NOx排放质量浓度稳定，达到排放要求(<50 mg/m3)，一般为30～50 mg/m3。

4.2 SNCR脱硝系统运行情况

华谊化工SNCR脱硝系统运行至今，还存在以下问题：

(1) 喷枪、喷头磨损严重，使用周期短，一般使用寿命为2～3个月。

(2) 采用自行调配的氨水，氨水浓度变化较大，且在气相COA脱硝系统投运时，对NOx排放质量的控制波动较大，将氨水质量分数稳定在10%～15%后，NOx质量浓度控制稳定。

4.3 臭氧发生器运行情况

臭氧发生器自投用以来，运行稳定，产量调整及时，氧气耗量、电耗等均在设计范围内，机组在70%负荷运行时，臭氧质量流量在15 kg/h左右。

5 结语

经过近1 a的运行观察,得出以下结论：

(1) 通过SNCR+气相COA脱硝系统结合使用，NOx排放质量浓度达到DB37/ 664—2019 《火电厂大气污染物排放标准》的要求。

(2) 运行过程中对各操作有一定程序和要求:稳定氨水质量分数在10%～15%最佳;氨水使用前观察雾化效果，在氨逃逸体积分数小于10×10-6下，尽可能多用氨水控制NOx质量浓度;臭氧的使用量由NO浓度控制，当NO浓度上升时，增加臭氧量，将NO转化为NO2由消石灰和水在吸收塔通过半干法吸收。控制NO体积分数在10×10-6～20×10-6，NO2体积分数小于20×10-6。

(3) 对吸收NOx的消石灰也有要求，消石灰比表面积应大于15 m2/g，纯度为80%以上。