SCR工艺在循环流化床锅炉烟气脱硝中的应用

SCR工艺在循环流化床锅炉烟气脱硝中的应用

古江华1姜轶琳2

（1.河南能源义煤热电分公司河南省义马市472300

2.义马煤业综能新能源有限责任公司河南省义马市472300）

1.脱硝技术简介

1.1脱硝技术介绍

锅炉脱硝控制技术主要是燃烧过程控制和燃烧后控制。

1.1.1燃烧过程NOx控制技术

燃烧过程中控制NOx生成的主要方法是通过运行方式的改进或对燃烧过程进行特殊控制，抑制燃烧过程中NOx的生成反应，从而降低NOx的最终排放量。国内外现有低氮燃烧技术主要分为低氮燃烧器、空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环等技术。

1.1.2燃烧后NOx控制技术

燃烧后NOx控制技术即把已生成的NOx还原为N2从而脱除烟气中的NOx。现在主要的脱硝技术为：选择性非催化还原（SNCR）技术和选择性催化还原（SCR）技术。

（1）选择性非催化还原法（SNCR）

选择性非催化还原（SNCR)技术是一种成熟的商业性NOx控制处理技术。SNCR方法主要在850-1100℃下，将含氮的还原剂喷入炉膛烟气中，将NO还原，生成氮气和水。当以尿素为还原剂时，典型工艺流程见图1-1，其反应方程式可表示为：CO(NH2)2+2NO+1/2O2→2N2+CO2+2H2O

图1-1SNCR工艺流程图（以尿素为还原剂）

通常煤粉锅炉SNCR工艺的脱硝效率能达到30%-40%，循环流化床锅炉能达到60%以上。

（2）选择性催化还原法（SCR）

选择性催化还原（SCR）技术是氨基还原剂和NOx在催化剂的作用下，在300-420℃的温度区间内发生反应生成N2。主要的反应方程式如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

以尿素溶液为还原剂的典型SCR工艺流程见图1-2。

图1-2典型SCR工艺流程图（尿素溶液）

SCR脱硝效率比SNCR高，能达到80%-90%。但催化剂价格昂贵，运行费用高。

2.脱硝系统技术应用方案

2.1脱硝简介

公司2x240t/h循环流化床锅炉烟气脱硝采用的脱硝工艺为：SCR脱硝工艺。

2014年底建成并投运的原SNCR脱硝装置，由于出口参数无法达到新的超低排放标准要求，故本次采用SCR系统。新增SCR系统充分利用原尿素制备系统，以满足目前的环保要求。新增的SCR脱硝系统采用尿素制备、热解及喷射技术。通过将尿素喷入炉内分解产生氨气，氨气随烟气流经催化剂时与NOx发生催化反应脱除烟气中的NOx。

2.2SCR综述

采用尿素作为还原剂，尿素在制备区域制备成20%的尿素溶液后，尿素溶液通过尿素溶液输送模块输送到#1、#2锅炉尿素溶液分配模块。每路分配模块具有流量调节功能。尿素溶液通过分配模块进入喷射系统。

尿素溶液喷射系统的设计适应锅炉最低稳燃负荷工况和BMCR之间的任何负荷，确保系统的持续、安全、稳定运行，并能适应机组的负荷变化和机组启停次数的要求。

尿素溶液喷射每台炉设置4套喷射系统。保证其在炉膛内喷射性能。

喷枪采用特制的压缩空气雾化的双流体变流量喷枪，将尿素溶液雾化成极细的分布均匀的液滴。压缩空气对尿素溶液进行雾化和冷却。压缩空气由厂区压缩空气系统提供。

喷枪关闭时，先关闭尿素液，用除盐水对系统进行冲洗（约8分钟），待管内尿素液无残存后，关闭除盐水，约2分钟后再关闭压缩空气管，以避免滴液对水冷壁的影响。

2.3SCR各分系统操作运行步骤

SCR系统主要由尿素溶液制备系统、尿素输送系统、尿素溶液分配系统、喷射系统、压缩空气系统等分部分组成。本部分所描述的设备、仪表及阀门位号具体见HA16036S-J0201。

2.3.1尿素溶液制备

开启除盐水总阀，将尿素溶解地下槽中注入除盐水，当液位至1.7m（暂定，槽中除盐水重量为2x2x（1.7-0.2）=6吨）时，关闭除盐水阀门。除盐水温度应保持在40-50℃之间，若温度低于40℃，开启蒸汽盘管阀门，对除盐水进行加热。边加温边将30袋（每袋50kg）袋装尿素破袋通过下料斗倒入尿素溶解地下槽（V102），边加尿素边开启搅拌器对溶液进行搅拌，尿素加完后继续搅拌约10min，制得20%尿素溶液。

尿素溶液制备完成以后，开启尿素溶解泵前后的阀门，然后开启尿素溶解泵（P0101A/B，一用一备），将尿素溶解地下槽中的尿素溶液输送至尿素溶液槽（利旧）（V101）中储存。

配置尿素液时，注意及时将过滤网上的垃圾清理干净。

水温达到50°C以上时，及时关闭蒸汽进口阀门。

尿素固体与水的重量比为1:4，即：一份尿素4份水，操作人员可以根据这一比例调节水及尿素的加入量。

2.3.2尿素溶液储存及输送系统

将尿素溶液输送至尿素溶液槽（利旧）（V101）后，为了防止20%尿素溶液的二次结晶，要监控尿素储罐的温度，控制尿素溶液温度在15-30℃之间。若温度低于15℃，开启蒸汽盘管入口阀门对溶液进行加热。为了保证脱硝系统正常运行，当尿素溶液输送泵运行时，尿素溶液槽（利旧）的液位不低于0.3m。

脱硝系统运行时，开启尿素溶液输送泵（P0102A/B/C，两用一备），将尿素溶液输送至各锅炉的尿素分配模块。

①尿素溶液输送泵

尿素溶液输送泵（P0102A/B/C）设置为2用1备。通常两台尿素溶液输送泵运行时，另外一台泵设置为待机状态，当运行中的尿素溶液输送泵发生故障时，备用泵可立即投运。

2.3.3尿素分配系统

1#、2#锅炉各有四个喷射区，1#、2#锅炉尿素溶液由2台尿素溶液输送泵分别提供。下面介绍1#锅炉该部分控制说明。2#锅炉部分参照1#锅炉。

喷射系统由4支喷枪组成，喷枪布置位置见表2-3。喷射1区、2区分别由2支双液喷枪组成，设置在1#、2#旋风分离器上出口。喷射1区、2区提供SCR反应所需尿素溶液。

脱硝反应需在适合的温度场中进行，当锅炉负荷发生变化时，温度场也会相应变化。在SCR调试阶段，将根据具体情况确定最佳的喷射方案。SCR系统运行时，投运的喷枪数量将由锅炉参数决定。

每支喷枪都接有三路管道，一路接尿素管道，一路接雾化空气管道，另外一路接冷却风管道。其中雾化空气和冷却风均有厂区压缩空气系统提供。

在每个计量喷射模块中，尿素溶液母管上设有一个电动阀门。每支喷枪支路，都设有流量计、针型阀。每支喷枪的雾化空气管路设有压力调节阀、压力表。当锅炉运行时，无论脱硝系统是否投运，每支喷枪的雾化空气和冷却风均处于开启状态。

①1区或2区操作步骤

1）开启压缩空气管路的手动阀门，将压力调节阀调至喷枪雾化所需压力，最佳工作压力需调试时最终确定。

2）关闭尿素管路上的排空阀，开启尿素管路其他阀门，开启尿素管路电动阀门，调节每支喷枪支路上的针型阀，使得各支喷枪的液相流量均为100L/h左右。

2.4.4压缩空气系统

压缩空气减压后作为冷却风输送至各只喷枪。当脱硝系统运行时，压缩空气管路上的手动阀门必须处于开启状态。当脱硝系统停运时，若锅炉仍然正常运行，且喷枪未从锅炉壁上取下时，压缩空气供应不能中断。

通过实施本次环保技术改造，公司2台240t/h循环流化床锅炉在各稳定运行负荷区间工况下，排烟中氮氧化物含量均低于国家超净排放标准要求，并一次顺利通过省环保部门的验收。