循环流化床锅炉SNCR脱硝技术的应用分析

循环流化床锅炉SNCR脱硝技术的应用分析

邓大锋

国投盘江发电有限公司

摘要：选择性非催化还原法（SNCR）脱硝技术具有投资少、成本低、改造量小等优势，在各类锅炉烟气脱硝中得到应用。SNCR脱硝技术不使用催化剂，将还原剂如氨水、尿素溶液等喷入800℃～1100℃的烟气中，还原剂迅速热分解出NH3，并与烟气中的NOx反应生成N2和H2O。

关键词：循环流化床；锅炉；SNCR脱硝技术；应用

前言

如今由于NOx排放量的越来越多，使得环境越来越差，雾霾越来越严峻。而造成NOx排放量变多的主要因素就是循环流化床锅炉增多，据调查发现我国目前共有3000多台循环流化床锅炉。现阶段我国要求燃煤电厂NOx排放浓度不得超过100mg/m3，而很多循环流化床锅炉NOx排放浓度都在350mg/m3以上，严重超过了标准要求，为符合标准要求，便对300MW循环流化床锅炉展开了优化改造，将尿素作为SNCR脱硝的主要还原剂，优化改造以后NOx排放量符合了环保要求。

1NOx产生原因及优化措施

1.1 NOx产生原因

锅炉所产生的NOx组成部分为：NO、NO2及N2O等。通常锅炉产生的NOx类型有三种，分别为：燃料型NOx、热力型NOx和快速型NOx。循环流化床锅炉产生NOx的主要原因就是因为烟煤、褐煤以及页岩等燃料燃烧，从而产生了大量的NOx。

1.2 NOx优化措施

现阶段我国常用的NOx控制方法有两个，即燃烧控制法和烟气脱硝法。对于燃烧控制法来说，其优化具有三种形式，即使用低氮燃烧器、低氮改造和燃烧调整等；对于烟气脱硝法来说，其具有两种形式，即SCR法和SNCR法。其中，SCR法是利用催化剂的作用，让还原剂和NOx反应为N2及水；SNCR法是在不含有催化剂时，在高温下让还原剂和NOx产生还原反应。

1.3 SNCR脱硝技术的反应机理

SNCR脱硝技术的反应机理是先把NH3和尿素等还原剂喷进锅炉的烟道中，然后在适当的温度下把NOx进行还原。

1.4 SNCR脱硝技术的优点

SNCR脱硝技术具有很多的优点，主要包括：成本小、占地少、工期短、效率高、效果好等，非常适合用于大型的循环流化床锅炉中。据调查发现，SNCR脱硝技术运行非常稳定，不需要特定改造，并且NOx排放量控制良好。

2SNCR脱硝技术

2.1工艺流程

SNCR脱硝技术的工艺流程为：先将袋装颗粒尿素用车运至厂区储存在尿素储存间中，袋装颗粒尿素经拆包送到溶解池顶部的加料斗里，在搅拌器的搅动下，用已经预热的30～40℃除盐水将尿素溶解成50%浓度的尿素溶液，再用转移泵输送到储存罐储存。尿素溶液经输送泵输送到反应器区域，先进入尿素计量模块，尿素溶液在计量模块中与除盐水模块送来的除盐水混合后，浓度降低到10%左右，然后尿素溶液经过分配模块送至每个喷枪，在压缩空气帮助下尿素溶液雾化成细小液滴并喷入旋风分离器的水平烟道中，以对NOx展开还原。此种方式不仅有效降低了锅炉脱硝优化的施工量，而且减少了循环流化床锅炉的脱硝成本，是当前循环流化床锅炉脱硝优化改造最好的措施。

2.2脱硝设备构成

脱硝设备主要由四个部分构成，即制备系统、储存系统、分配系统和喷射系统。其中，制备系统由溶解池、搅拌器、加热器和转移泵构成；储存系统由储存罐、加热器、输送泵、稀释水泵和稀释水罐构成；分配系统由静态混合器、调节阀和电磁流量计构成；喷射系统由喷枪、雾化风管道、冷却风管道和转子流量计构成。

3SNCR脱硝工艺技术方案

此方法是炉膛温度在800～1100℃的区域处，加入还原剂尿素溶液，尿素中的CO（NH2）2与NOx发生选择性非催化还原反应，将NOx转化成的N2和H2O。

主要反应：（1）尿素热解：CO（NH2）2→NH3+HNCO；HNCO+H2O→NH3+CO2；（2）氨脱硝：4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O；6NO2＋8NH3→7N2＋12H2O；（3）尿素脱硝：CO（NH2）2→2NH2＋CO；NH2＋NO→N2＋H2O；CO＋NO→N2＋CO2。

当反应区温度过低或过高时，反应效率降低或氨会直接被氧化成氮气和一氧化氮。因此，为了提高反应效率并实现氨逃逸最小化，需满足以下条件：在尿素溶液喷入的位置没有火焰；在反应区域维持合适的温度范围（800～1100℃）；在反应区域有足够的停留时间。

4 SNCR的施工方案

300MW循环流化床锅炉在设计工况烟气量按照100%烟气量的条件下，旋风除尘器入口烟气温度保证不低于840℃，不高于1200℃，原烟气中NOX浓度为300mg/Nm3作为设计参数，保证脱硝效率不小于70%，脱硝装置出口NOX排放浓度＜100mg/Nm3。

对此锅炉选择SNCR脱硝技术方案，选择尿素作为还原剂，溶液浓度设定值为10%，喷枪安装在炉膛出口三个高温旋风分离器入口烟道的侧壁上，氨氮比为1.4，雾化压缩空气压力在0.4～0.6MPa。通过控制喷枪数量、喷枪喷量、喷枪位置、雾化角度与粒径、喷枪出速等条件参数，观察记录排放数值、投药量的变化关系，氨逃逸、脱硝效率之间的变化关系，结合经验数据得到最佳工况，氨逃逸控制在2.2ppm以内，脱硝效率可达70%以上，将氮氧化物排放数值控制在100mg/m3的标准值以下完全没有问题。经计算后，此种循环流化床锅炉采用SNCR进行脱硝时，每个高温旋风分离器入口烟道安装喷枪10支，运行时开启8支，下层2支备用。

5调试、运行情况及分析

在2020－2021年度，氮氧化物的在线监测数值全部达标，在实际运行中，烟气经过SNCR法脱硝后，所排放氮氧化物浓度在85mg/m3以下，脱硝效率在70%以上。

5.1设备调试及参数设定

本套SNCR脱硝系统使用尿素溶液，此次实践中因混合器效果差，直接将尿素溶液浓度配制为2.5%、5%两种浓度，通过调整尿素溶液电动调节阀和尿素溶液再循环调节阀，控制尿素溶液流量来达到NOx排放浓度达标的目的。为了能够得到更好的脱硝效果，提高效率，雾化的粒径尺寸在50～300μm，因为粒径太小会导致无法反应，粒径太大会使液滴下落过快来不及反应。另外喷枪位于炉膛出口氮氧化物浓度较高的位置，调整好雾化角度，不仅能提高药液与氮氧化物的接触面积，使喷枪正好覆盖氮氧化物高浓度区域，还能在喷枪位置选定计算时尽少的配置喷枪数量。通过现场实际最终确定，喷射速度可适当考虑小于30m/s，当雾化角度为120°时脱硝效率较大。

5.2运行情况分析与总结

通过对运行数据的分析，脱硝效果和脱硝效率主要与炉膛温度和含氧量相关，通过数据进行了以下分析：

5.2.1温度对SNCR反应的影响

SNCR脱硝对反应温度十分敏感，只有在合适的温度区间内SNCR反应才能高效的进行。

5.2.2氧含量对SNCR反应的影响

当温度在800℃左右时，含氧量对脱硝效率的影响不大，但含氧量对排放数值折算及锅炉效率影响较大，故含氧量应控制在4%－6%之间。

结束语

通过上述内容可知：循环流化床锅炉脱硝技术非常的重要，能够有效减少NOx的排放量，从而保护环境。由此，对循环流化床锅炉SNCR脱硝技术优化改造非常的有必要。由于我国环保要求的不断严格，运用循环流化床锅炉属于最为合适的炉型，SNCR脱硝技术定会不断发展和完善。

参考文献：

[1]李季,刘泽斌,赵德明.CFB锅炉脱硝系统运行优化调整[J].科技风,2017(8):189-191.

[2]董陈,赵树春,徐宏杰,等.燃煤锅炉SNCR脱硝工艺关键技术[J].热力发电,2016,45(12):73-77.