楊 明 朱水興 孫黎宏

杭州臨江環(huán)保熱電有限公司

0 引言

我國(guó)在“十三五”期間對(duì)燃煤電廠氮氧化物的排放提出了更高的要求。隨著熱電行業(yè)循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒改造的普遍實(shí)施，原有SNCR系統(tǒng)噴槍設(shè)計(jì)出力已不能滿足低氮燃燒改造后的新工況。為保證噴嘴霧化效果而噴入的稀釋水量過(guò)大造成電除塵陰極線腐蝕加劇，影響其使用壽命；煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)擋板腐蝕卡澀給煤機(jī)系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重和；鍋爐排煙熱損失增加等。針對(duì)鍋爐低氮燃燒改造前后燃燒工況及NOx生成量的變化，需要相應(yīng)地對(duì)原SNCR系統(tǒng)進(jìn)行改造，以達(dá)到新的工況匹配并取得節(jié)能減排效果。

1 SNCR系統(tǒng)原理、系統(tǒng)及影響因素分析

1.1 SNCR工藝化學(xué)反應(yīng)原理

首先氨或者尿素等氨基還原劑氣化后噴入爐內(nèi)，或者是先噴入爐內(nèi)借助煙氣熱量氣化，之后在合適的溫度范圍（一般稱為溫度反應(yīng)窗口）內(nèi)，氣態(tài)氨或者尿素等氨基還原劑產(chǎn)生活性分子（NH3或者NH2）經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)后，氨基活性分子與NOx接觸并將其還原成N2和H2O。

以氨作為還原劑的化學(xué)反應(yīng)方程為：

2NO+2NH3+1/2O2→2N2+3H2O

SNCR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于易于實(shí)現(xiàn)，不需要催化劑，也就避免了使用催化劑帶來(lái)的一系列問(wèn)題，且易于安裝在已有的燃燒裝置上，項(xiàng)目成本低，運(yùn)行費(fèi)用也不高。尤其在煙氣超低NOx排放技術(shù)中是一種非常重要的技術(shù)。

1.2 基于氨為還原劑的SNCR脫硝系統(tǒng)

SNCR工藝系統(tǒng)（圖1）包括還原劑制備儲(chǔ)存系統(tǒng)、還原劑計(jì)量稀釋系統(tǒng)、還原劑分配系統(tǒng)和還原劑噴射系統(tǒng)。還原劑計(jì)量稀釋系統(tǒng)包括稀釋水系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)。

圖1 以氨水為還原劑的SNCR脫硝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)

1.3 SNCR技術(shù)的影響因素

SNCR脫硝反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率決定了SNCR脫硝效率，影響SNCR系統(tǒng)脫硝效率的主要因素有：

（1）反應(yīng)溫度窗口；

（2）最佳反應(yīng)窗口內(nèi)的停留時(shí)間；

（3）噴入的還原劑與煙氣混合的均勻程度；（4）初始NOx濃度水平；

（5）標(biāo)準(zhǔn)化的化學(xué)當(dāng)量比（NSR）；（6）氨逃逸。

1.3.1 反應(yīng)溫度窗口

SNCR系統(tǒng)中的脫硝反應(yīng)發(fā)生在一個(gè)特定的溫度區(qū)間內(nèi)，在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，能提供足夠的能量使脫硝進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。對(duì)于以氨作為還原劑的SNCR脫硝反應(yīng)最佳溫度窗口為850℃～1100℃。

1.3.2 最佳反應(yīng)窗口內(nèi)的停留時(shí)間

最佳反應(yīng)溫度窗口內(nèi)停留時(shí)間指還原劑在爐膛適合溫度區(qū)間停留時(shí)間。增加停留時(shí)間能夠使傳質(zhì)過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)比較充分，可以提高NOx的脫除率。

1.3.3 . 初始NOx濃度水平

當(dāng)初始NOx濃度較低時(shí)，脫硝反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度窗口降低，脫硝效率降低。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)化的化學(xué)當(dāng)量比（NSR）

NSR增加時(shí)，脫硝效率隨之增加。但是隨著NSR增加，脫硝效率增加的幅度呈指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)NSR超過(guò)2.0之后再增加還原劑量不會(huì)使脫硝效率明顯增加。

1.3.5 氨逃逸

為了減少脫硝系統(tǒng)逃逸氨對(duì)鍋爐設(shè)備的結(jié)垢、堵塞、腐蝕影響和對(duì)大氣環(huán)境的危害，環(huán)保部門(mén)和環(huán)保規(guī)范都制定了氨逃逸限定值，本項(xiàng)目是8mg/Nm3。顯然，氨逃逸限定值越低，則能夠達(dá)到的脫硝效率越低。

1.3.6 噴入的還原劑與煙氣混合的均勻程度

還原劑與煙氣混合的均勻性好壞取決于噴射系統(tǒng)，噴槍使用壓縮空氣將還原劑溶液以霧狀按照一定的角度、速度和方向噴入爐膛與煙氣混合。還原劑與煙氣混合不均勻帶來(lái)較低的脫硝效率可從以下幾個(gè)方面改善：（1）增加噴入的霧化顆粒的動(dòng)量；（2）增加噴槍數(shù)量；（3）增加噴射區(qū)域；（4）改善噴槍的性能來(lái)獲得最優(yōu)的霧化顆粒直徑、分布、角度和噴射方向。這是本次改造主要考慮的方向和措施。

2 SNCR系統(tǒng)改造前后比較

2.1 改造內(nèi)容

（1）噴嘴改造

由原錐形噴嘴改為上海守望者噴霧智能系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的廣角扇形噴嘴，參數(shù)比較見(jiàn)表1。

表1 噴槍改造前后參數(shù)比較表

（2）停用稀釋水系統(tǒng)

停用改造前為確保噴嘴霧化效果而設(shè)計(jì)的稀釋水系統(tǒng)。

2.2 噴嘴性能比較及霧化情況

通過(guò)噴嘴性能曲線（圖2）和實(shí)際噴嘴霧化實(shí)驗(yàn)效果（圖3）可以確定新噴嘴在霧化性能方面、噴射扇形角度和噴嘴流量線性比舊噴嘴優(yōu)異。

圖2 噴嘴性能比較曲線

圖3 噴嘴霧化實(shí)驗(yàn)效果

2.3 改造前后SNCR原料消耗及NOx排放

通過(guò)對(duì)1#、2#和3#130t高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝噴嘴的改造均取得良好效果（見(jiàn)圖4）。

圖4 SNCR脫硝噴嘴改造前后效果比較

基于連續(xù)測(cè)量3臺(tái)鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)的一個(gè)月實(shí)時(shí)排放數(shù)據(jù)平均值得出表2數(shù)據(jù)。

3 效果分析及結(jié)論

SNCR系統(tǒng)噴嘴改造后鍋爐尾部煙道積灰嚴(yán)重情況得到良好改善，降低了鍋爐檢修工作中煙道清灰工作量；鍋爐煙氣濕度改善，引風(fēng)機(jī)擋板、煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)擋板卡澀情況有所改善，降低了設(shè)備的故障率；減緩電除塵陰極線腐蝕情況，延長(zhǎng)了電除塵陰極線使用壽命；稀釋水系統(tǒng)停用后，鍋爐排煙熱損失減少。

表2 鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)的實(shí)時(shí)排放數(shù)據(jù)平均值（1個(gè)月）

改造直接收益方面，以SNCR系統(tǒng)年運(yùn)行8 000小時(shí)計(jì)算：稀釋水泵電能消耗8 800kWh，約3 960元；除鹽水消耗量減少1 816噸，約7 264元；氨水消耗量減少110噸，約81 767元。而單臺(tái)爐整體改造費(fèi)用為42 000元，可見(jiàn)從SNCR噴嘴系統(tǒng)改造中產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也為節(jié)能減排工作發(fā)揮了明顯的作用，在同類型鍋爐中值得推廣應(yīng)用。