循环流化床锅炉烟气脱硝技术改造与应用

贾晓斌

（山西国峰煤电有限责任公司，山西吕梁 032200）

我国规定自2015年10月1日起，燃煤锅炉NOx排放浓度需小于400 mg/m3。虽然循环流化床锅炉NOx排放量小，但随着国家和地方环保政策的严格要求，需要对循环流化床锅炉进行脱硝技术改造，以此降低NOx排放量。我国提倡使用SNCR 改造方案，SNCR 工程造价低，改造比较方便，无二次污染，因而适用于燃煤发电厂进行脱硝改造。

1 研究意义

根据我国环保部门颁布的《GB-13223—2011 火电厂大气污染物排放标准》以及各地区提出的工厂烟气脱硝改造计划，要求各个地区的发电厂、企业加强环保建设，切实有效地落实国家提出的政策，从技术层面上研究出更加适合的脱硝处理方案。目前，我国相关规定表明要求火电厂排放的NOx排放量低于100 mg/Nm3以下，包括现役的循环流化床锅炉所排放的NOx的排放量也必须要低于100 mg/Nm3以下。为此，新建的火电机组需要构建相应的脱硝装置，改进相关的脱硝技术，并且现有的燃煤机组的脱硝装置也要按照国家的政策和标准进行相应相关改造。

脱硝技术的基本原理是根据NO 作为还原反应的主体，其中的还原技术可分为两种不同的反应。SCR，即选择性催化还原技术；SNCR，即选择性非催化还原技术。由此可见，这两种技术都能够参与循环流化床锅炉的脱硝技术。但并不是每一种都适用于实际应用，具体需要根据循环流化床锅炉烟气排放的相关特性，进行全面的实验分析，根据不同的要求和条件，采取理想的脱硝改造技术。

2 SCR与SNCR脱硝技术的比较

2.1 选择性催化

SCR 技术是指在未使用催化剂的作用下，通过向上千度的高温烟气中喷撒还原剂，其中的氨或者尿素能够与烟气中的一氧化氮即刻发生反应，整个过程会生成大量的氮气和水。虽然SCR 技术在具体的燃煤发电生产中脱硝率很高，但是存在的缺点也非常多。例如：该技术所需要的改造空间大，建设所投入的成本非常高，后期实行起来投入远超过预算费用，并且使用的催化剂的使用寿命短，因此需要经常更换，且催化剂过多使用会影响其他设备的正常运行。

2.2 选择性非催化还原技术

SNCR 技术是指向温度为近400℃的烟气中喷入还原剂NH3，在催化剂的催化还原作用下，能够将排放的烟气中NOx进行一系列的反应进而生成氮气和水。SNCR 技术在实验中的脱硝率能够达到90%左右，应用在燃煤发电的生产中，一般情况下能够达到75%的脱硝率，持续稳定的生产可以达到40%左右。

此外，SNCR 技术所投入的成本较低，循环硫化床锅炉所需的温度要，并且循环流化床锅炉本身就具备燃烧N0x 的条件，因此最重要的一点是需要将SNCR 技术排出的NOx浓度降至100 mg/Nm3以下，以符合国家排放标准。

2.3 SNCR与SCR的比较结论

SNCR 与SCR 两种脱硝技术综合比较结果。从中可以得出，SNCR 脱硝技术无论是工程造价还是年运行费用上来说更加适合发电厂使用，能够极大地降低成本，带来更多的经济效益。

此外，SNCR 技术的脱硝水平完全符合我国目前规定的烟气排放标准，并且针对现役的发电机组中的循环流化床锅炉的脱硝改造过程中，可以利用SNCR技术有效地节约对其他设备的改造成本，不仅省时省力，还能控制预算。由此可见，SNCR 技术应用于循环流化床锅炉是具有极大的优势，非常适合发电厂、相关企业使用。

3 循环流化床锅炉脱硝SNCR改造方案

3.1 改造原有SNCR脱硝装置

脱硝技术的还原剂一般采用的是氨或者尿素溶液，如果使用的是尿素溶液，则需要对SNCR 的喷枪重新设计改造，选取喷雾效果更好的喷枪增加喷量，以此提高脱硝的效率。

3.2 还原剂最佳喷射位置选择

对循环流化床锅炉进行烟气的脱硝改造，首先需要确定还原剂的喷射位置，在进行实际操作过程中，SNCR 脱硝技术的还原剂需要通过多个喷入点同时进行喷射，随后进入到锅炉内部，其中的喷嘴的位置直接决定了喷撒的还原剂能否停留在炉内的旋风分离器中，达到脱硝效果，因此其能够直接影响脱硝效率。

3.3 使还原剂与烟气充分混合

循环流化床锅炉的旋风分离器在运行的过程中，内部结构的气流是混乱的，并且流场也相对来说较为复杂。还原剂通过分离器的入口喷入到烟气中，排放出的烟气会在分离器的内部进行回旋运动，在此过程中会形成一道中心回流区，此区域的作用是将还原剂与烟气进行充分混合，因此来延长反应时间，确保脱硝反应更加充分，进而有效地提高脱硝效率。通常情况下，单台锅炉会配有两个旋风分离器，并且每个分离器的都安装了喷枪装置，此改造目的是增加烟气与还原剂之间的接触面积，有效地提升氨的利用率，促进脱硝更加充分。

3.4 脱硝还原剂的选择

纯氨作为脱硝技术的首要还原剂，当纯氨进入到分离器内部后，能够立即发生反应。同时，纯氨属于一种中性物质，因此不会对锅炉及其他设备造成腐蚀影响。如果使用氨水作为还原剂，首先氨水需要经过一系列的物理作用进行提纯操作，才能够与氮氧化物发生反应。但经过实验与表明，其效率与纯氨相比差别并不大。

如果使用尿素作为还原剂，将尿素溶液喷入旋风分离器之后同样也需要经过类似于氨水的操作原理，进行雾化和蒸发所得出的氨与氮氧化物来完成脱硝反应。但由于尿素本身无法将氨完全转化，并且在转化的过程中会产生其他副产物，因此，尿素作为还原剂来使用不仅有反应的滞后性，同时会产生其他的杂质，造成污染，导致脱硝效率低。虽然尿素的运行费用相对来说会高一些，但其安全性高，且无毒无害，而氨水和氨虽然运行费用较低，效率相对较高，但其稳定性较差，危险性较高。因此考虑到运输安全、存储安全、操作安全等因素，采用尿素作为还原剂是比较理想的。

3.5 进行脱硫改造

锅炉在生产过程中，所使用的煤料中的硫会通过燃烧，产生会二氧化硫，此过程还会生成少部分的三氧化硫。其中的尿素或者氨水，参与脱硝反应所排出的烟气中的三氧化硫能够与部分逃逸的氨参与反应，从而生成硫酸铵。其中的硫酸铵是一种具有腐蚀性的物质，会致使锅炉的烟道设施受到一定程度的腐蚀。因此，需要采取相关措施，减少氨的逃逸，与此同时还需要采取煤料中的脱硫措施，最大程度上的减少锅炉设备受到损坏。

有研究表明，针对SNCR 脱硝技术逃逸的氨，将其控制在一定程度内，再通过循环流化床锅炉进行内部的脱硫处理，能够极大程度减少二氧化硫及三氧化硫的含量。由此可见，参与脱硝反应的三氧化硫与硝酸铵能够被掌握在可控范围内，进而能够减少硫酸铵对设备的腐蚀危害。

3.6 保护燃煤机组设备

通常情况下，处于正常生产过程中的锅炉一旦出现停止运转现象，便会造成严重的经济影响。为减少经济的损失，烟气脱硝装置会选择在发电机组正常运转的情况下安装。由于脱硝装置的安装区域离烟道、风道、电缆位置等较近，因此在改造的过程中，需要采取措施对相关的设施设备进行保护，避免在安装改造过程中产生不利的影响。

4 循环流化床锅炉低氮燃烧技术改造

4.1 分级燃烧

通过重新配风改造，以此来调整一次风、二次风的系统，以解决锅炉中心区域氧含量不足的问题，增大氧气燃烧的还原性，用以强化分级燃烧。在锅炉内实行高梯度的多级配风，以此来确保送风的穿透力度，从而促进氧气的分布量，加大氧气的燃烧效果，降低NOx的产生量。技术改造内容：新增二次风通风口，调整二次风角度，最后引入烟气循环至一次风。

4.2 均匀燃烧

通过改造调整煤料与返料，来解决床温偏高、局部低氧燃烧等问题。增大催化还原区域，能够促进床料全面燃烧。通过调整床料使其与氧气充分混合，能够有效地消除床温的温度差异，促进其均匀燃烧，最后达到降低NOx的排放量。

4.3 控制系统模块

通过控制烟气中NOx的排放量，以此调节控制氨浓度及还原剂喷撒的具体位置。再设定有氮气和氨逃逸浓度的超标准警报按钮装置，且该装置属于独立的控制系统，同时再设置相关技术人员的工作站，以此来对每台锅炉的SNCR 脱硝技术进行有效的控制。

其中，还原剂喷撒系统，也能够进行同步操作控制。当其处于正常的工作状态中，通过定时对燃烧系统和SNCR 的相关数据进行记录，其中包括运动状态下的参数、相关设备的状态等，能够实时监测SNCR技术。因此，当设备发生故障时，系统能够及时记录故障信息，方便操作员能够获取自动储存的信息。

5 锅炉烟气NOx减排技术改造

氮氧化物的排放可以通过改进燃烧的方式加以控制。其中，低氮燃烧的方法与提高炉内燃烧效率的要求背道而驰，因此这也是目前降低炉内氮氧化物所面临的主要问题。选择性催化还原技术能够通过调节其工艺参数，在一定程度上有效控制氮氧化物的排放。此技术向烟气中使用一定的还原剂，使得还原剂能够和烟气中氮氧化物发生反应从而形成氮气和水。但此技术所需要的成本远高于SNCR 技术。

由于锅炉在生产过程中会产生大量的烟气，这些烟气通常含有大量的颗粒，这些颗粒会堵塞催化剂床，此外还可能会产生大量的有毒物质。因此，尽管SCR 的脱硝技术是非常有力的，但仍然存在诸多问题。首先，SCR 所使用的催化剂寿命较短，因此需要定期使用催化剂，并且烟气中灰尘会对催化剂层进行一定程度上的腐蚀，进而可能会造成污染。此外，由于现役设备的使用寿命较长，而控制氮氧化物排放的技术必须要在使用中的设备进行改造，因此所需要的成本相对较高。

国家制定的《能源发展“十三五”规划》中明确提出，要逐步把燃煤发电系统中NOx的总体污染物排放水平调整至50 mg/m3以下。经有关试验证明后，对两台130 t/h 循环流化床锅炉的旋风分离器进行了SNCR 脱硝方法的改进，两台循环流化床锅炉的总脱硝率均达到了68%，然后又对其中的一台480 t/h 循环流化床锅炉进行了SNCR 脱硝技术和干法技术相结合的改进，试验得出的结果是：脱硫和脱硝效果都得到了很大的改善。

由此可见，上述实验为燃煤发电机组的烟气低能排放奠定了基础。湿法脱硝的方法相较于其他燃烧后的烟气脱硝技术来说其更具优势，因为它能够有效地去除烟气中SOx和NOx，与此同时还能够控制其他气体及颗粒物的产生。其中，NO 是一种具有惰性特征的物质，正是由于其特殊性质，所以在工业生产中属于一个长期存在的难题。但NO 相关衍生物，NO2能够被特定的水溶液所吸收。因此，可以通过排出的烟气中的NO 转化成为NO2，然后再在特定的碱性溶液中进行脱硝技术的改造处理。

6 结语

循环流化床锅炉中利用的SNCR 脱硝技术，可以有效地降低污染物中的NOx排放量，同时通过对污染物进行化学净化，降低氮氧化物对大气环境所产生的二次污染。由此可见，SNCR 是比较理想的脱硝改造技术。不过，在实施技改的过程中，仍必须充分考虑各个因素对循环流化床锅炉的影响，以保证在机组正常运转以及切实有效地贯彻我国环境保护政策法规的前提下，既能够降低对环境的污染，又充分保障发电厂及相关企业的经济效益。