化肥廠燃煤鍋爐脫硝系統改造

卜曉光　張　勇

（蘭州石化公司化肥廠，甘肅 蘭州 730060）

化肥廠燃煤鍋爐脫硝系統改造

卜曉光張勇

（蘭州石化公司化肥廠，甘肅 蘭州 730060）

通過工程實例介紹了燃煤鍋爐低NOx燃燒、選擇性非催化還原（SNCR）、選擇性催化還原（SCR）脫硝技術的應用，并對脫硝工程改造后的主要影響提出了一些運行優化的措施。

脫硝；低NOx燃燒；選擇性非催化還原；選擇性催化還原；催化劑

根據國家環保部相關要求，自2014年7月1日起，重點地區的火力發電燃煤鍋爐執行煙塵≤20mg/m3，SO2≤50mg/m3，NOx≤100mg/ m3。蘭州石化公司化肥廠目前有3臺煤粉鍋爐，其中A、B兩臺為東方鍋爐廠產品，單臺鍋爐額定出力145t/h，蒸汽壓力10.5MPa，蒸汽溫度495℃；C鍋爐為上海鍋爐廠產品，額定出力220t/h，蒸汽壓力9.8MPa，蒸汽溫度540℃。3臺鍋爐均為倒U型結構，燃燒器四角布置，切向燃燒。鍋爐建設時未配套建設脫硝設施。

蘭州石化公司于2014年初對3臺鍋爐實施了脫硫、脫硝、除塵工程技術改造。其中脫硝改造項目由于現場空間狹小，為滿足環保要求，改造分為3個部分：一是低NOx燃燒系統改造；二是鍋爐折焰角處新增SNCR（選擇性非催化還原）脫硝設施，三是在尾部煙道上增加SCR（選擇性催化還原）脫硝設施。脫硝改造技術指標為：通過低NOx燃燒改造，將NOx控制在≤300mg/m3；通過SNCR改造，將NOx控制在≤180mg/m3；通過SCR改造將NOx減排至≤100mg/m3，滿足環保要求。脫硝裝置的氨逃逸不大于3mg/m3，SO2/SO3轉化率小于1%。

一、低NOx燃燒系統改造

化石燃料與空氣在高溫燃燒時產生的NOx主要包括：一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、氧化二氮（N2O）等。在NOx中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%～10%。按生成機理的不同分為三類：熱力型、快速型和燃料型，其中燃料型占60%～95%。

利用改變燃燒條件的方法來降低NOx的排放，統稱為低氮燃燒技術。低氮燃燒的基本原則是控制燃燒溫度以減少“熱力”型NOx的生成，和（或）減少燃料氮與燃燒空氣中氧的混合，通過形成富燃區域將燃料NOx還原成N2，以減少“燃料”型NOx，在煤熱解完成后，再將二次風分級送入以完成焦炭燃燒。

燃煤鍋爐低氮燃燒系統改造包括兩個方面：一是選用低NOx燃燒器，二是在燃燒器布置上強化空氣分級系統（包括空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環等）。

蘭州石化公司低氮燃燒采用ROFA（旋轉對沖燃燼風）技術，該技術屬于增壓風分級低氧低氮燃燒技術范疇，改造同時對鍋爐燃燒器原二次風噴口進行改造。

ROFA系統從鍋爐二次風中抽出約30%的總風量，一部分風送入爐膛上部空間，另一部分風經過ROFA風機升壓后，通過布置在爐墻上的多個特殊設計的噴口集成箱送入爐膛上部空間，使爐內的混合和湍流得到了極大的提高。噴口集成箱處的高動能射流產生強烈的旋轉擾動渦流，打破了爐內的大片層狀流動，這將使得爐內的溫度場和物料場分布更為均勻。從而改善了爐內的煙氣溫度分布，物料分布，熱量吸收，CO的氧化和爐膛上部燃料的燃燼，使得爐膛的整個容積在燃料的燃燒過程中得到了更為充分的利用。

因ROFA的分級燃燒降低了火焰中心的溫度和O2含量，并還原了部分已生成的NOx，從而達到了控制燃料型NOx和熱力型NOx的目的。

ROFA通過再次分配鍋爐的部分燃燒空氣來實現爐膛分級燃燒，主要優點有：

（1）減少爐膛橫截面上的溫度偏差。

（2）爐膛橫截面上燃燒產物的分布更加均勻。

（3）增加燃料/空氣的混合，接觸和反應時間。

（4）增加未燃燼物在爐膛內的停留時間。

二、鍋爐折焰角處新增SNCR脫硝設施

SNCR是指無催化劑的作用下，在適合脫硝反應的“溫度窗口”內噴入還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮氣和水。該技術一般采用爐內噴氨、尿素或氫氨酸作為還原劑還原NOx。還原劑只和煙氣中的NOx反應，一般不與氧反應，由于該工藝不用催化劑，因此必須在高溫區加入還原劑，與煙氣中的NOx反應生成N2和水。

本項目采用NH3作為還原劑，SNCR是在鍋爐折焰角800～1100℃這一狹窄的溫度范圍內，利用RotamixTM高速風增濕噴射器，注入7%氨水與煙氣中的NO反應生成N2和H2O。Rotamix風機系統能更好的把氨水推入到爐膛深處，更有效促進氨與NOx反應。Rotamix風系統的主要作用是：

（1）利用該風的強大流量和風速把氨水送入爐膛中橫向煙氣流的深處。讓氨水與煙氣更充分的混合，提高反應效率和氨的利用率。

（2）對噴槍起到了冷卻作用，在SNCR整個運行過程中，保護噴槍不被高溫燒壞。

三、尾部煙道新增SCR脫硝設施

SCR脫硝技術是在催化劑作用下，向溫度約280 ～420℃的煙氣中噴入氨，將NO和NO2還原成N2和H2O。SCR煙氣脫硝技術的關鍵是選擇優良的催化劑。催化劑分為蜂窩式、板式和波紋式SCR脫硝催化劑等形式。

本項目采用蜂窩式催化劑，其主要成分是以TiO3、V2O5、WO3等。由于現場空間限制，催化劑采用1+1布置，采用伸縮耙式蒸汽吹灰系統。

還原劑是利用Rotamix系統中未反應的NH3，這樣有兩個好處，一方面，可以增加Rotamix系統的氨氮比，提高系統的脫硝率，另一方面，簡化了SCR的布置。SCR脫硝裝置使鍋爐煙氣側阻力增加，因此對引風機同時進行了改造，提高其壓頭。全脫硝反應流程示意如下圖1所示。

四、改造后的運行效果

改造后，鍋爐投入正常運行。2014年9月，組織對裝置進行了168h的標定。標定結果表明，鍋爐主要工藝指標受控，NOx達到環保排放要求，逃逸氨達到技術協議要求。其NOx數據曲線如下圖2～4所示。

圖3　B鍋爐SCR反應器出入口NOx

五、結語

蘭州石化公司化肥廠通過對3臺鍋爐脫硝工程的改造，有效地降低了NOx排放量，同時也給鍋爐運行帶來了一些問題，如過熱器結焦積灰加劇、煙道阻力增大等，這些都為需要脫硝改造的鍋爐提供了一定的參考經驗。

圖4　C鍋爐SCR反應器出入口NOx

X701.3

B

1671-0711（2015）08-0066-03

（2015-07-15）