SNCR脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用

白昌先

(太原鍋爐集團(tuán)有限公司技術(shù)中心電力設(shè)計(jì)所，山西太原030021)

目前國(guó)內(nèi)的能源消耗量隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，NOx排放量也將隨之增加，若不有效地控制，勢(shì)必給國(guó)內(nèi)大氣環(huán)境造成更加嚴(yán)重的污染。在燃煤電站NOx排放的控制方面，國(guó)內(nèi)建立了一批煙氣脫硝工程，不斷加大NOx排放的控制力度，NOx排放的增長(zhǎng)勢(shì)頭已基本得到了控制，NOx排放總量將不斷降低。根據(jù)環(huán)保部門(mén)發(fā)布的GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，從2012年1月1日開(kāi)始，國(guó)內(nèi)所有新建火電機(jī)組NOx排放量要求達(dá)到100 mg/m3以下，為滿足新標(biāo)準(zhǔn)及“十二五”減排要求，新建機(jī)組均必須同步建設(shè)脫硝裝置，同時(shí)，現(xiàn)役機(jī)組的脫硝改造勢(shì)在必行。

NOx排放控制有兩種途徑，一是控制原始的NOx的生成量;二是采用有效的煙氣NOx脫除技術(shù)。

1 控制原始NOx的生成量

從源頭上控制NOx的生成量是脫硝技術(shù)中最關(guān)鍵的因素。在循環(huán)流化床鍋爐中，可以從以下幾方面來(lái)控制原始NOx的生成。

1.1 設(shè)計(jì)合理的爐膛溫度

NOx的生成主要來(lái)自煤中的揮發(fā)性N和焦炭N，占NOx生成量的70% ～80%。當(dāng)爐膛溫度升高至1 000℃時(shí)NOx的生成會(huì)顯著增加。所以將爐膛溫度設(shè)計(jì)在850～950℃，能有效地降低NOx的生成。

1.2 控制爐膛溫度

爐膛溫度設(shè)計(jì)合理，并有保護(hù)措施使溫度穩(wěn)定時(shí)爐膛上下溫差低于10℃。煤的燃燒有一個(gè)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，防止溫度發(fā)生突變，能有效地降低NOx的生成。

1.3 低氧高效燃燒

煤的燃燒需要一定量的過(guò)量空氣，選用合適的過(guò)量空氣系數(shù)，并保證鍋爐的密封性(從結(jié)構(gòu)上保證鍋爐密封)，使?fàn)t膛處在一個(gè)較低氧環(huán)境下，降低NOx的生成。

高效燃燒需要鍋爐的流化床有高的分離效率，將較細(xì)的顆粒捕捉回來(lái)多次燃燒，實(shí)現(xiàn)高效燃燒，同時(shí)帶有空隙的灰顆粒也是NOx的還原劑，也能降低NOx的生成。

2 采用有效的煙氣NOx的脫除技術(shù)

根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了循環(huán)流化床鍋爐選用選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù)更為合理。

2.1 脫硝效率高

旋風(fēng)分離器是理想的SNCR還原劑噴入點(diǎn)，分離器入口煙溫在800～950℃，恰好處于SNCR的最佳反應(yīng)溫度;煙氣在分離器內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)(一般為1.5～2.5 s)，煙氣和還原劑溶液可以充分混合;分離器內(nèi)煙氣旋流強(qiáng)烈，有助于還原劑溶液的快速擴(kuò)散;循環(huán)灰是富含多種金屬氧化物的多孔介質(zhì)，也是與NOx反應(yīng)的催化劑。

2.2 其他優(yōu)勢(shì)

系統(tǒng)簡(jiǎn)單，占地少;還原劑選擇范圍較廣;不需要任何催化劑;無(wú)SO2/SO3轉(zhuǎn)化率問(wèn)題;不增加煙氣阻力。

3 脫硝系統(tǒng)的控制要點(diǎn)

按環(huán)保相關(guān)規(guī)定要求，采用單獨(dú)的分散控制系統(tǒng)(DCS)。將鍋爐尾部煙道的NOx作為反饋值，控制噴入爐內(nèi)還原劑量，同時(shí)相應(yīng)調(diào)整稀釋水的流量，使得還原劑量加稀釋水量等于噴槍噴射量并保持恒定，使得NOx質(zhì)量濃度不高于100 mg/m3，氨逃逸質(zhì)量濃度不高于8 mg/m3。系統(tǒng)整體處于自動(dòng)模式下運(yùn)行。鍋爐負(fù)荷變動(dòng)幅度大時(shí)，SNCR系統(tǒng)可處于手動(dòng)模式下運(yùn)行。

4 工程應(yīng)用

脫硝系統(tǒng)應(yīng)用在某電廠2臺(tái)130 t/h循環(huán)流化床上，其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料見(jiàn)表1～2。

表1 鍋爐煤質(zhì)(設(shè)計(jì)煤種)Table 1 Boiler coal

4.1 系統(tǒng)組成和流程

SNCR脫硝系統(tǒng)由還原劑卸載與存儲(chǔ)系統(tǒng)、還原劑輸送系統(tǒng)、稀釋水系統(tǒng)、混合分配系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。

表2 鍋爐主要特性參數(shù)Table 2 Boiler main characteristic parameter table

4.2 運(yùn)行減排效果

4號(hào)爐 NOx原始排放值為26.8 kg/h，投運(yùn)SNCR后NOx排放值為4.33 kg/h;5號(hào)爐NOx原始排放值為47.4 kg/h，投運(yùn)SNCR后NOx排放值為

7.76 kg/h;4號(hào)爐NOx減排量(26.8－4.33)=22.47 kg/h;5號(hào)爐NOx減排量(47.40－7.76)=39.64 kg/h。每臺(tái)爐年運(yùn)行按7 200 h計(jì)，每年兩臺(tái)爐NOx減排量為(22.47+39.46)×7 200=447 192 kg。

4.3 對(duì)鍋爐效率的影響

由于向分離器內(nèi)噴入的水量大約0.35 t/h，對(duì)鍋爐效率會(huì)產(chǎn)生一定的影響，影響效率約0.2%。

4.4 對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)的影響

選擇性非催化還原法脫硝系統(tǒng)從循環(huán)流化床鍋爐爐膛出口直接噴入還原劑溶液，對(duì)系統(tǒng)阻力沒(méi)有影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐NOX排放量通常情況在300 mg/m3以下。在循環(huán)流化床鍋爐上采用SNCR脫硝技術(shù)，脫硝率可以達(dá)到70% ～80%，完全能滿足當(dāng)前小于100 mg/m3的環(huán)保排放要求。同時(shí)其具有投資省，占地小，對(duì)鍋爐運(yùn)行幾乎無(wú)影響的優(yōu)越性，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐是最理想的NOX控制達(dá)標(biāo)排放方式，適合大面積推廣。