楊希剛，陳國慶，黃林濱，古世軍，李昌松，張勇，金保昇

（1 東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210096；2 清潔高效燃煤發(fā)電與污染控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（國家能源集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司），江蘇 南京 210023；3 國家能源集團(tuán)廣西電力有限公司，廣西 南寧 530007）

隨著國家環(huán)保要求不斷提高，特別是《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020 年）》的頒布實(shí)施，燃用貧煤、無煙煤等低揮發(fā)分煤質(zhì)的大型電站煤粉鍋爐，特別是W火焰鍋爐，NO超低排放已是大勢(shì)所趨。目前，國內(nèi)少數(shù)已完成超低排放改造的W 火焰鍋爐采用的主流技術(shù)路線是在其他類型電站煤粉鍋爐NO超低排放控制技術(shù)路線（低氮燃燒技術(shù)+SCR 煙氣脫硝技術(shù)）的基礎(chǔ)上增設(shè)選擇性非催化還原（selective non-catalytic reduction，SNCR）脫硝系統(tǒng)。SNCR脫硝技術(shù)不用催化劑在爐膛850～1100℃的溫度區(qū)間以尿素或氨水為還原劑將煙氣中NO還原為N，從而達(dá)到脫硝的目的。由于其反應(yīng)溫度窗口與循環(huán)流化床（circulating fluidized bed，CFB）鍋爐和工業(yè)鍋爐爐內(nèi)煙溫分布相匹配，因此較為廣泛地應(yīng)用于CFB鍋爐和工業(yè)鍋爐的NO排放控制。然而，大型電站煤粉鍋爐爐內(nèi)燃燒組織方式、受熱面布置、煙氣溫度水平及其變化梯度與CFB 鍋爐和工業(yè)鍋爐差別極大。因此，有必要針對(duì)SNCR脫硝技術(shù)在大型電站煤粉鍋爐上的應(yīng)用效果及其對(duì)運(yùn)行的影響開展相關(guān)研究。

關(guān)于SNCR在煤粉鍋爐上的應(yīng)用效果，Xia等采用數(shù)值模擬的方法研究了還原劑與NO初期混合對(duì)SNCR 脫硝效果的影響，發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)SNCR 區(qū)域流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和NO 濃度場(chǎng)的空間分布極不均勻，噴槍位置與爐內(nèi)狀態(tài)的匹配至關(guān)重要。陳賽等在一臺(tái)8.4MW 液態(tài)排渣高效煤粉工業(yè)鍋爐上開展了SNCR 脫硝技術(shù)工業(yè)試驗(yàn)研究，優(yōu)化了三種濃度尿素溶液在不同噴射量、氧含量及負(fù)荷下的最佳運(yùn)行方式。仇云霞等采用數(shù)值模擬方法優(yōu)化了某410t/h高溫高壓煤粉工業(yè)鍋爐SNCR技術(shù)方案，提出了氨分布不均、噴射量調(diào)整響應(yīng)滯后的解決方案。李穹等采用數(shù)值模擬方法分析了煙氣溫度、氨氮摩爾比等因素對(duì)某100t/h CFB 鍋爐的SNCR 脫硝效率、氨逃逸以及NO 濃度的影響。呂洪坤等在一臺(tái)410t/h煤粉工業(yè)鍋爐上開展了SNCR脫硝性能試驗(yàn)，考察了化學(xué)計(jì)量比、霧化壓力對(duì)脫硝效率的影響。關(guān)于SNCR 對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響。楊用龍等分析了SNCR 脫硝裝置對(duì)CFB鍋爐運(yùn)行的影響，重點(diǎn)分析了SNCR氨逃逸情況及其對(duì)空預(yù)器阻力的影響。陳海杰等采用數(shù)值模擬的方法研究了SNCR 對(duì)某600MW 超臨界W 火焰鍋爐SCR 入口流場(chǎng)的影響，指出SNCR 嚴(yán)重影響SCR 脫硝反應(yīng)器入口NO濃度分布的均勻性，最終導(dǎo)致SCR 氨逃逸嚴(yán)重超標(biāo)。沈文鋒等利用CHEMKIN-PRO 軟件研究了SNCR脫硝反應(yīng)過程對(duì)煤粉爐SO生成的影響。

綜上可知，SNCR 脫硝技術(shù)將是燃用貧煤、無煙煤等低揮發(fā)分煤質(zhì)大型電站煤粉鍋爐NO超低排放的重要保障。迄今，國內(nèi)外研究者針對(duì)煤粉鍋爐爐內(nèi)運(yùn)行條件下SNCR反應(yīng)過程開展了大量的實(shí)驗(yàn)室機(jī)理試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究，然而工業(yè)試驗(yàn)研究相對(duì)較少，少有的幾個(gè)主要是在小型工業(yè)鍋爐或CFB鍋爐上進(jìn)行，關(guān)于SNCR 對(duì)大型電站煤粉鍋爐運(yùn)行影響的相關(guān)研究報(bào)道很少見。本文在一臺(tái)660MW 超臨界W 火焰鍋爐上開展了SNCR 對(duì)鍋爐運(yùn)行影響的工業(yè)試驗(yàn)研究，在兩種運(yùn)行方式下詳細(xì)分析了SNCR 對(duì)大型電站煤粉鍋爐熱效率、NO排放、SCR入口NO分布及爐內(nèi)煙氣溫度的影響。本文結(jié)論可為W火焰鍋爐進(jìn)行SNCR脫硝技術(shù)改造及SNCR 脫硝技術(shù)適應(yīng)大型電站煤粉鍋爐進(jìn)行針對(duì)性地技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 設(shè)備概況

試驗(yàn)對(duì)象是一臺(tái)660MW 超臨界W 火焰鍋爐，型號(hào)為DG2141/25.4-II12，采用一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣。鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)及燃燒系統(tǒng)如圖1所示，爐膛以爐拱為界，分為上下兩個(gè)部分，上爐膛為四角結(jié)構(gòu)，下爐膛為八角結(jié)構(gòu)，上下爐膛寬度相同，深度方向尺寸比為1∶1.72。鍋爐配有6臺(tái)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)帶4只雙旋風(fēng)煤粉燃燒器。

圖1 660MW超臨界機(jī)組鍋爐燃燒系統(tǒng)示意圖（單位：mm)

SNCR 脫硝系統(tǒng)主要由尿素溶液制備儲(chǔ)存單元、尿素溶液調(diào)配計(jì)量及混合分配單元、全自動(dòng)控制單元、尿素溶液噴射單元組成。SNCR 脫硝系統(tǒng)尿素溶液噴射單元布置如圖2所示，共四層，前墻布置A、B、C三層噴槍，后墻布置D層一層噴槍，每層各由21 支噴槍組成。尿素溶液噴射單元由紅外測(cè)溫模塊、霧化空氣裝置、噴槍、尿素溶液調(diào)節(jié)裝置及計(jì)量控制模塊等組成，噴射單元可根據(jù)紅外測(cè)溫模塊測(cè)得的對(duì)應(yīng)區(qū)域煙氣溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)噴射系統(tǒng)噴槍的投運(yùn)邏輯，保證SNCR 系統(tǒng)的高效運(yùn)行。本文試驗(yàn)在600MW 負(fù)荷下進(jìn)行，在該負(fù)荷下前墻A、B、C 三層噴槍對(duì)應(yīng)區(qū)域煙氣溫度滿足投運(yùn)要求全部投運(yùn)，后墻D層噴槍對(duì)應(yīng)區(qū)域煙氣溫度不滿足要求為停運(yùn)狀態(tài)。

圖2 SNCR脫硝系統(tǒng)尿素溶液噴射單元（單位：mm）

2 尿素法SNCR 脫硝系統(tǒng)爐內(nèi)熱平衡模型

尿素法SNCR脫硝系統(tǒng)噴入爐內(nèi)的尿素溶液在高溫?zé)煔庵邪l(fā)生著復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)過程，主要包括尿素溶液中水的汽化、尿素的熱解、SNCR脫硝反應(yīng)等。上述過程與爐內(nèi)煙氣發(fā)生著能量傳遞，尿素法SNCR爐內(nèi)脫硝過程熱平衡數(shù)學(xué)模型可表示為尿素溶液中的水在爐內(nèi)的換熱模型、尿素溶液中的尿素在爐內(nèi)的換熱模型、尿素在爐內(nèi)熱解與脫硝反應(yīng)的換熱模型。

2.1 尿素溶液中的水在爐內(nèi)的換熱模型

尿素溶液中的水在爐內(nèi)吸收熱量快速升溫并發(fā)生汽化形成水蒸氣。水蒸氣被高溫?zé)煔饧訜嵘郎?，并隨煙氣一起流經(jīng)高溫受熱面、尾部受熱面進(jìn)行換熱，最后經(jīng)空氣預(yù)熱器冷卻后流出系統(tǒng)。相對(duì)于單位質(zhì)量燃料對(duì)應(yīng)的尿素溶液中的水在爐內(nèi)的換熱量可表示為式(1)。

式中，為尿素溶液中的水在爐內(nèi)的吸熱量，kJ/kg；為對(duì)應(yīng)單位質(zhì)量燃料SNCR噴入爐內(nèi)尿素溶液的質(zhì)量，kg/kg；為尿素溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；c為液態(tài)水的比熱容，kJ/(kg·K)；為尿素溶液的初始溫度，℃；c為水蒸氣由100℃至的定壓比熱容，kJ/(kg·K)；為空氣預(yù)熱器出口的煙氣溫度，℃。

2.2 尿素溶液中的尿素在爐內(nèi)的換熱模型

尿素進(jìn)入爐內(nèi)后發(fā)生熱解反應(yīng)并生成NH。研究發(fā)現(xiàn)尿素在其熔點(diǎn)之前雖可發(fā)生熱解反應(yīng)，但量極少，超過熔點(diǎn)之后的熱解現(xiàn)象才明顯。因此，本文假設(shè)尿素?zé)峤庵饕l(fā)生在熔點(diǎn)之后，進(jìn)入爐內(nèi)的尿素首先被加熱至熔點(diǎn)，然受發(fā)生熱解反應(yīng)。尿素溶液中的尿素在爐內(nèi)的換熱量可表示為式(2)。

式中，為尿素溶液中的尿素在爐內(nèi)的吸熱量，kJ/kg；c為尿素在至的定壓比熱容，本文取1.3424kJ/(kg·K)；為尿素的熔點(diǎn)，本文取140℃。

2.3 尿素在爐內(nèi)熱解與脫硝反應(yīng)的換熱模型

在吸收足夠的熱量后，尿素在爐內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)和SNCR 脫硝反應(yīng)，同時(shí)，部分熱解生成的NH發(fā)生著氧化反應(yīng)。無論尿素?zé)峤馍傻腘H發(fā)生氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)，認(rèn)為終產(chǎn)物為N、HO 和CO，將尿素?zé)峤?、SNCR脫硝反應(yīng)及NH氧化反應(yīng)整合，總包反應(yīng)表示為式(3)。

式中，為噴入尿素與煙氣中NO 的氨氮摩爾比；為SNCR反應(yīng)系統(tǒng)的脫硝效率，%；為為尿素總包反應(yīng)的反應(yīng)熱，可表示為=544+89.86/，kJ/mol。

那么，尿素反應(yīng)熱可表示為式(4)。

3 SNCR對(duì)鍋爐熱效率影響計(jì)算模型

SNCR 在爐內(nèi)發(fā)生的物理和化學(xué)反應(yīng)過程不僅與爐內(nèi)煙氣發(fā)生著熱量傳遞，也改變煙氣組分和體積，因此影響鍋爐熱效率計(jì)算中的排煙熱損失、外來熱量，SNCR 脫硝過程對(duì)鍋爐熱效率計(jì)算影響按如下表示。

3.1 對(duì)排煙熱損失的影響

SNCR 脫硝反應(yīng)改變了煙氣組成，增加了N、CO和水蒸氣，影響單位質(zhì)量燃料對(duì)應(yīng)的干煙氣量和水蒸氣體積，進(jìn)而影響排煙熱損失，具體如下。

（1）導(dǎo)致單位質(zhì)量燃料對(duì)應(yīng)干煙氣體積的增加量如式(5)。

式中，Δ為對(duì)應(yīng)單位質(zhì)量燃料干煙氣的增加量，m/kg。

（2）導(dǎo)致單位質(zhì)量燃料對(duì)應(yīng)煙氣中水蒸氣體積的增加量式(6)[僅計(jì)算SNCR 反應(yīng)生成水，尿素漿液中水分影響已列入式(1)]。

式中，Δ為SNCR 反應(yīng)對(duì)單位質(zhì)量燃料煙氣中水蒸氣體積影響增加量，m/kg。

（3）干煙氣量和水蒸氣增加導(dǎo)致的排煙熱損失的增加量如式(7)。

式中，Δ為排煙熱損失的增加量，kJ/kg；c為投運(yùn)SNCR 后空預(yù)器出口煙氣從至的定壓比熱容，kJ/(m·K)；c為水蒸氣從至的定壓比熱容，kJ/(m·K)；為試驗(yàn)基準(zhǔn)溫度，℃。

3.2 對(duì)鍋爐外來熱量的影響

SNCR對(duì)鍋爐外來熱量的影響可表示為式(8)。

式中，Δ為鍋爐外來熱量的增加量，kJ/kg；c、c分別為尿素和水的比熱容，kJ/(kg·K)；、分別為進(jìn)入系統(tǒng)邊界的尿素和水的溫度，℃。

3.3 鍋爐熱效率的影響

SNCR導(dǎo)致鍋爐熱損失的總量為式(9)。

SNCR對(duì)鍋爐熱效率的影響可表示為式(10)。

式中，Δ為SNCR 對(duì)鍋爐熱效率的影響，%；為SNCR以外的外來熱量，kJ/kg；為入爐燃料（收到基）的低位發(fā)熱量，kJ/kg。

4 試驗(yàn)方法

鍋爐熱效率是依據(jù)《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》（GB/T10184—2015）及式(1)～式(10)計(jì)算得到，計(jì)算中涉及的測(cè)量參數(shù)是依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求執(zhí)行，所用試驗(yàn)儀器設(shè)備均經(jīng)過第三方計(jì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)。省煤器出口NO、CO 濃度和空預(yù)器進(jìn)出口O體積分?jǐn)?shù)采用TESTO350煙氣分析儀測(cè)量。借用分布在爐膛上的看火孔，采用紅外光學(xué)高溫計(jì)（Raytek 3i Infrared Thermometer）測(cè)量爐膛的溫度分布。所用看火孔（共四層），第一層位于上爐膛前墻36.8m 標(biāo)高，從左到右等距布置4 個(gè)看火孔，編號(hào)分別為1、2、3、4；第二層位于上爐膛左右兩側(cè)墻33.8m 標(biāo)高，從前墻到后墻等距布置3 個(gè)看火孔，左側(cè)墻3個(gè)看火孔編號(hào)分別為5、6、7，右側(cè)墻3個(gè)看火孔編號(hào)分別為5′、6′、7′。第三層位于下爐膛左右兩側(cè)墻24.5m標(biāo)高，從前墻到后墻等距布置5個(gè)看火孔，左側(cè)墻5個(gè)看火孔編號(hào)分別為8、9、10、11、12，右側(cè)墻5個(gè)看火孔編號(hào)分別為8′、9′、10′、11′、12′。第四層位于下爐膛左右兩側(cè)墻20.4m標(biāo)高，從前墻到后墻等距布置3個(gè)看火孔，左側(cè)墻3個(gè)看火孔編號(hào)分別為13、14、15，右側(cè)墻3個(gè)看火孔編號(hào)分別為13′、14′、15′。試驗(yàn)煤質(zhì)特性見表1。

表1 試驗(yàn)煤質(zhì)的工業(yè)分析和元素分析

5 結(jié)果與討論

5.1 SNCR對(duì)鍋爐熱效率的影響

表2 中給出了SNCR 不同運(yùn)行工況下的鍋爐熱效率測(cè)量結(jié)果。試驗(yàn)過程中分別維持稀釋水流量（約13000kg/h，工況1～4）和噴入爐內(nèi)尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（約3.55%，工況5～7）不變，在不同尿素濃溶液流量下測(cè)量了鍋爐熱效率。由表中結(jié)果可知，維持稀釋水流量不變，鍋爐熱效率隨著噴入爐內(nèi)尿素濃溶液流量的增加呈先降低后增加趨勢(shì)。尿素溶液中水吸熱引起的熱損失是SNCR投運(yùn)降低鍋爐熱效率的主要熱損失項(xiàng)，試驗(yàn)負(fù)荷下噴入爐內(nèi)1.0t水降低鍋爐熱效率約0.05個(gè)百分點(diǎn)。由于SNCR脫硝總包反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)過程，因此尿素反應(yīng)引起的熱損失為負(fù)值，對(duì)鍋爐熱效率是正面影響，試驗(yàn)負(fù)荷下噴入爐內(nèi)100kg尿素反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可提高鍋爐熱效率約0.018 個(gè)百分點(diǎn)。尿素溶液中的尿素在爐內(nèi)的吸熱量引起的熱損失較低，對(duì)鍋爐熱效率的影響并不明顯，試驗(yàn)負(fù)荷下噴入爐內(nèi)100kg尿素吸收的熱量降低鍋爐熱效率約0.008 個(gè)百分點(diǎn)。綜合尿素吸熱和反應(yīng)放熱正反兩個(gè)方面效果，試驗(yàn)負(fù)荷下向爐內(nèi)噴入100kg 尿素可提高鍋爐熱效率約0.01 個(gè)百分點(diǎn)。另外，從表中工況1、5、6、7 可知，維持噴入爐內(nèi)尿素質(zhì)量濃度恒定，鍋爐熱效率隨著尿素濃溶液流量的增加呈降低的趨勢(shì)。這主要是由于尿素濃溶液流量增加，對(duì)應(yīng)噴入爐內(nèi)的稀釋水流量增加，尿素溶液中水吸熱引起的熱損失增加，鍋爐熱效率降低。綜上分析可知，SNCR 脫硝系統(tǒng)噴入爐內(nèi)的液態(tài)水是引起鍋爐熱效率降低的主要因素，運(yùn)行過程中在保證尿素溶液霧化效果的前提下應(yīng)盡量減少稀釋水流量。

表2 鍋爐熱效率試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

5.2 SNCR對(duì)爐內(nèi)煙溫的影響

圖3 給出了SNCR 噴入爐內(nèi)總水量8253kg/h（工況7）、13806kg/h（工況2）和16397kg/h（工況5）工況下測(cè)得的爐內(nèi)煙氣溫度。由圖可知，無論是靠近SNCR 噴槍的上爐膛還是遠(yuǎn)離SNCR 噴槍的下爐膛，煙氣溫度隨著噴入爐內(nèi)總水量的變化并不明顯。這是由于SNCR噴入爐內(nèi)的水相對(duì)于煙氣量極少，試驗(yàn)負(fù)荷下煙氣量約2400t/h，而噴入爐內(nèi)液態(tài)水最大流量為20t/h，理論計(jì)算可將流量2400t/h、溫度1000℃的煙氣降低約3.2℃。因此，SNCR對(duì)爐內(nèi)煙氣溫度的影響較小。

圖3 爐膛煙氣溫度的變化（單位：℃）

圖4給出了鍋爐轉(zhuǎn)向室煙溫、SCR入口煙溫和空預(yù)器出口煙氣溫度隨著SNCR噴入爐內(nèi)水量的變化。由圖中可知，隨著SNCR噴入爐內(nèi)總水量的升高，鍋爐轉(zhuǎn)向室煙溫、SCR入口煙溫和空預(yù)器出口煙溫變化也不明顯。SNCR噴入爐內(nèi)的液態(tài)水在爐內(nèi)蒸發(fā)雖然吸收熱量并改變煙氣組分和流量，但是由于噴入爐內(nèi)的水量相對(duì)較少，對(duì)爐內(nèi)及其尾部煙道沿程受熱面換熱并無明顯影響，故煙氣溫度變化并不明顯。

圖4 鍋爐轉(zhuǎn)向室、SCR入口和空預(yù)器出口煙氣溫度變化

5.3 SNCR對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的影響

5.3.1 對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響

表3給出了SNCR在不同運(yùn)行工況下對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響。由表中工況1～4數(shù)據(jù)可知，保持稀釋水流量（13000kg/h）恒定，尿素濃溶液流量由783kg/h增加到1250kg/h，SCR入口（SNCR出口）NO濃度由439.6mg/m降低到369.0mg/m，SCR的噴氨量由321.1kg/h降低到263.1kg/h。這表明逐漸增加SNCR系統(tǒng)尿素流量，噴入爐內(nèi)局部區(qū)域SNCR還原劑的濃度增加，SNCR局部脫硝反應(yīng)效率提高，有利于整體提高SNCR的脫硝效率，降低SCR入口NO濃度。維持SCR出口NO排放濃度達(dá)標(biāo)恒定（約35mg/m），SCR脫硝系統(tǒng)噴氨量隨著尿素流量的增加逐漸降低。另外，由表中可以看出，隨著尿素濃溶液流量增加，SCR入口氨氣濃度升高，但濃度值均很低。當(dāng)SNCR尿素濃溶液流量減少，氨逃逸濃度略有升高，但仍在3μl/L以下。工況5～7也可以得到類似的規(guī)律。

表3 SNCR對(duì)SCR運(yùn)行參數(shù)的影響

5.3.2 對(duì)SCR入口煙道截面NO濃度分布的影響

SCR入口煙道截面NO分布的均勻性直接影響SCR脫硝反應(yīng)器出口局部氨逃逸和脫硝性能，入口NO分布越不均勻，脫硝效率越低，局部氨逃逸濃度越高。過高的氨逃逸不僅不滿足環(huán)保要求，而且還會(huì)生成硫酸氫銨，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞。為此，本文考察了SNCR運(yùn)行對(duì)SCR入口煙道截面NO分布的影響。

圖5給出了稀釋水流量恒定條件下SNCR尿素濃溶液流量對(duì)SCR入口煙道截面NO濃度分布的影響。比較可以發(fā)現(xiàn)，沿著煙道寬度方向上NO濃度分布基本相似，均呈“左側(cè)低、右側(cè)高”的分布特點(diǎn)，但截面NO濃度低值區(qū)的面積隨著尿素濃溶液流量的增加逐漸縮小，且截面NO濃度分布的均勻性明顯改善。尿素濃溶液流量為783kg/h時(shí)，截面NO濃度最高值為750mg/m，最低值為300mg/m，偏差為450mg/m，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)概念相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算得到的NO濃度分布不均勻度為24.4%。尿素濃溶液流量為1250kg/h時(shí)，截面NO濃度分布變得相對(duì)均勻，NO濃度最高值為700mg/m，最低值為450mg/m，絕對(duì)偏差250mg/m，不均勻度為12.2%。圖5中四種工況下SCR入口煙道截面NO濃度沿著寬度方向上分布不均表明SNCR噴嘴流量分布不合理。對(duì)比煙道截面深度方向NO濃度值可以發(fā)現(xiàn)，同一測(cè)點(diǎn)NO分布呈上層低下層高的分布特點(diǎn)，這表明在深度方向上SNCR 噴槍霧化的尿液液滴覆蓋也不均勻。

圖5 稀釋水流量恒定條件下尿素濃溶液流量對(duì)SCR入口煙道截面NOx濃度分布的影響

圖6 給出了SNCR 各層噴槍流量調(diào)整后維持噴入爐內(nèi)尿素質(zhì)量濃度恒定條件下SNCR尿素濃溶液流量對(duì)SCR入口煙道截面NO濃度分布的影響。試驗(yàn)過程中，通過調(diào)節(jié)稀釋水和尿素濃溶液流量維持噴入爐內(nèi)尿素質(zhì)量濃度恒定。由圖可知，隨著稀釋水和尿素濃溶液流量的減小，SCR入口煙道橫截面上NO濃度值逐漸升高，但SCR入口煙道橫截面上NO濃度分布沿著寬度方向上的變化并不明顯，均呈“中間高、兩側(cè)低”的雙谷分布特點(diǎn)。與圖5中各工況NO濃度沿寬度方向分布的均勻性相比明顯改善，但仍存在兩個(gè)谷值區(qū)，需要進(jìn)一步精細(xì)調(diào)整。在煙道截面深度方向上，SCR入口NO濃度偏差隨著稀釋水和尿素濃溶液流量的增大而縮小。對(duì)于雙流體噴嘴而言，溶液流量和壓縮空氣的壓力是影響其霧化效果的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。稀釋水和尿素濃溶液流量越高，噴槍出口射流速度越大，在霧化空氣壓力和流量不變條件下雙流體噴槍霧化顆粒粒徑越大，噴槍的射流剛性越強(qiáng)，在爐膛深度方向的覆蓋面增大，因此爐膛前后墻NO濃度偏差減小。當(dāng)稀釋水流量減小時(shí)，布置在前墻的噴槍霧化液滴無法有效覆蓋后墻，導(dǎo)致后墻NO濃度高于前墻，進(jìn)而使得SCR 入口煙道截面上下NO濃度存在偏差。

圖6 噴入爐內(nèi)尿素質(zhì)量濃度恒定條件下尿素濃溶液流量對(duì)SCR入口煙道截面NOx濃度分布的影響

6 結(jié)論

（1）尿素溶液中水汽化吸熱是導(dǎo)致鍋爐熱效率降低的主要原因，噴入爐內(nèi)水流量增加1.0t/h，鍋爐熱效率降低約0.05個(gè)百分點(diǎn)；尿素溶液中尿素吸熱降低鍋爐熱效率，而發(fā)生氧化還原反應(yīng)放熱可提高鍋爐熱效率，在正反兩個(gè)方面作用下向爐內(nèi)噴入100kg尿素可提高鍋爐熱效率約0.01個(gè)百分點(diǎn)。

（2）SNCR 噴入爐內(nèi)的尿素溶液雖然吸收熱量，但相對(duì)于爐內(nèi)燃燒放出的熱量極小，因此SNCR 運(yùn)行對(duì)爐膛煙氣溫度、鍋爐后豎井轉(zhuǎn)向室煙氣溫度、SCR 入口煙氣溫度及排煙溫度影響并不明顯。

（3）在稀釋水流量恒定條件下，尿素濃溶液流量對(duì)SCR入口煙道截面NO濃度分布影響不大，均呈“左側(cè)低、右側(cè)高”的特點(diǎn)，但隨著尿素濃溶液流量增加，截面NO濃度低值區(qū)縮小，NO濃度分布變得均勻，不均勻度由24.4%降低到12.2%。

（4）在尿素噴入量恒定條件下，適當(dāng)增加稀釋水流量，脫硝效率略有增加，SCR 入口煙道截面NO分布均勻性也明顯改善。