2×75 t／h煤粉鍋爐煙氣SNCR＋SCR混合脫硝工藝設計及應用

梁 磊

（江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206）

2×75 t／h煤粉鍋爐煙氣SNCR＋SCR混合脫硝工藝設計及應用

梁 磊

（江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206）

結合山西某熱電廠2×75 t／h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程實例，詳細闡述了SNCR工藝系統、SCR反應器、噴槍安裝、鍋爐尾部煙道改造，并對運行效果進行分析。結果表明，SNCR＋SCR混合脫硝工藝具有較高的脫硝效率，SCR反應器設置1層催化劑，配合SNCR工藝，脫硝效率可達75%左右，適用于NOx含量較高的中小型燃煤鍋爐煙氣脫硝，滿足環保排放要求。

煤粉鍋爐；煙氣脫硝；SNCR＋SCR混合脫硝；SCR反應器；催化劑

SNCR＋SCR混合脫硝工藝［1－3］是結合了SNCR工藝投資少，SCR工藝脫硝效率高的特點而發展起來的一種新型工藝。前段SNCR工藝具有脫硝和為后段SCR反應器提供還原劑NH3的雙重功能，后段SCR反應器充分利用前段提供的NH3，在催化劑的作用下，與NOx發生脫硝反應，從而提高整體脫硝效率，彌補了SNCR工藝［4－7］脫硝效率低的缺陷。SNCR＋SCR混合脫硝工藝設計靈活，脫硝效率高，較SCR工藝省去了壓縮機、液氨貯罐、蒸發器、稀釋槽、噴氨格柵等設備，減少了催化劑用量，降低了投資成本及運行費用，適用于NOx含量較高的中小型燃煤鍋爐煙氣脫硝。本文結合山西某熱電廠2×75 t／h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程實例，闡述了SNCR工藝系統、SCR反應器、噴槍安裝、鍋爐尾部煙道改造，并對運行效果進行分析，為今后同類脫硝工程設計及應用提供參考。

1 工程概況

山西某熱電廠2×75 t／h煤粉鍋爐煙氣，應環保要求需增設脫硝裝置，工藝參數如表1所示。目前，鍋爐煙氣脫硝主流工藝為有選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SNCR）2種。SCR脫硝工藝技術成熟，脫硝效率高，已廣泛應用于大型燃煤電廠，但工藝初期投資大，施工周期長、運行費用高，限制了其在中小型鍋爐的使用。SNCR脫硝工藝流程簡單，投資少，占地面積小，施工周期短，但脫硝效率受到限制。本工程原煙氣NOx含量約為650 mg／Nm3，脫硝后需降至200 mg／Nm3以下，脫硝效率需達70%左右，滿足《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223—2011的排放要求，單獨采用SNCR工藝很難滿足環保排放要求。多位專家結合工程自身特點，通過經濟技術比選，決定采用SNCR＋SCR混合脫硝工藝。還原劑為外購20%的氨水溶液［8］，稀釋水為廠區除鹽水，壓縮空氣接自廠區儀用壓縮空氣氣源，SCR反應器設置1層催化劑。

表1 2×75 t／h鍋爐工藝參數

2 工藝系統

SNCR＋SCR混合脫硝工藝主要由SNCR工藝和SCR反應器2部分組成，工藝設備需根據煙氣參數合理設計，針對不同工況條件以及介質特性，需嚴格注意設備選型選材。

2.1 SNCR工藝

SNCR工藝主要包括除鹽水箱、氨水罐、除鹽水輸送泵、卸氨泵、氨水輸送泵、靜態混合器、噴槍及配套管道、閥門、儀表等，如圖1所示。除鹽水接自廠區除鹽水母管，送至除鹽水箱，經除鹽水輸送泵送至靜態混合器，20%的氨水由罐車送至氨水罐附近，經卸氨泵送至氨水罐，再經氨水輸送泵送至靜態混合器，與除鹽水混合。除鹽水輸送泵及氨水輸送泵均采用變頻控制，可調節泵體工作流量，泵出口至靜態混合器之間的連接管道上設置電動調節閥及流量計，調節為一定流量的除鹽水及氨水進入靜態混合器，稀釋為5%左右的氨水溶液，隨后進入噴槍，噴射到爐內，發生脫硝反應。除鹽水及氨水進靜態混合器前的管道均設置單向閥，防止液體倒流。經計算，2臺鍋爐工況煙氣條件下，20%的氨水耗量約為258 kg／h，除鹽水耗量約為775 kg／h，氨水罐考慮7天的氨水用量，設計規格為D3.6 m×4.5 m，除鹽水箱考慮4 h用量，設計規格為D1.5 m×1.8 m。卸氨泵1臺，為離心式氟塑料泵，流量為50 m3／h，揚程為15 m，1 h內可將氨水罐注滿。除鹽水輸送泵及氨水輸送泵各設2臺，1用1備，為立式多級離心泵，304不銹鋼材質，流量分別為2 m3／h、1 m3／h，揚程均為100 m。除鹽水箱、氨水罐、閥門、過濾器、流量計、管道、壓力表、靜態混合器等均為304不銹鋼材質。

圖1 SNCR工藝系統

2.2 SCR反應器

SCR反應器如圖2所示，反應器位于省煤器和空氣預熱器之間，該區煙氣溫度為320～420℃，為SCR脫硝反應較為理想的溫度窗口。SCR反應器內裝蜂窩式催化劑模塊，模塊規格為1 910 mm× 970 mm×1 585 mm。本工程每臺爐配置1臺反應器，設1層催化劑，共6個模塊，2行3列矩陣式布置。前段SNCR脫硝未反應完的NH3進入SCR反應器，在催化劑的作用下，與煙氣中的NOx發生脫硝反應。

圖2 SCR反應器

催化劑模塊單重約為1.7 t，6個模塊合計約為10.2 t，載荷較大，SCR反應器設置獨立的支撐鋼架，催化劑模塊采用300 mm×200 mm的H型鋼作為支撐（Q345B），布置在反應器底部，橫向中心間距為1 950 mm，縱向中心間距為995 mm。為補償運行過程中產生的熱位移，減少反應器給基礎和鋼架增加額外載荷，SCR反應器與省煤器和空氣預熱器之間采用高溫金屬膨脹節連接。SCR反應器殼體為6 mm厚鋼板，外部采用14號工字鋼加強，橫向中心間距為500 mm，縱向中心間距為800 mm，Q345B材質，可減緩系統運行過程中，煙氣壓力波動引起的結構震顫。SCR反應器上部設置500 mm×500 mm的人孔，便于檢修。為催化劑模塊的安裝及更換提供便利條件，反應器底部設置1 020 mm×1 900 mm的安裝門，頂部設有電動葫蘆。進入SCR反應器的煙氣顆粒物含量較高，極端條件下可達60 g／Nm3，屬于高塵區，大量粉塵淤積，可能堵塞催化劑通道，降低脫硝效率，增加系統阻力，催化劑上方約0.5 m處設置2臺聲波吹灰器，可定時清灰。反應器出口煙道安裝在線監測及氨分析儀，對出口煙氣中的NOx、顆粒物、溫度、壓力、流量、氧含量、逃逸氨等實時在線監測，便于系統操作控制。

3 噴槍安裝

噴槍位置的選擇是整個脫硝系統最關鍵的地方，噴槍位置的選擇是否合適直接決定了脫硝效率的高低。噴槍位置的選擇主要是通過CFD流場模擬及安裝溫度傳感器測試爐內溫度分布，確定最佳噴射點［9－10］。本工程噴槍位置選在爐膛前墻16.5 m、18.5 m標高水平面上，通過溫度傳感器測試該區爐內溫度為850～1 100℃，為SNCR反應的較好溫度范圍。又通過CFD流場模擬，噴槍采用斷面噴射的方式布置（如圖3），分2層，每層4支噴槍，共8支。

圖3 噴槍安裝位置

圖4 噴槍安裝

原鍋爐前墻主要由澆注料、膜式水冷壁、保溫層及外部鋁板構成，如圖4。膜式水冷壁為D60 mm的圓管，通過扁鐵連接，相鄰管件外壁間距為19 mm。畫線確定噴槍安裝區域位置，拆除爐墻外部保溫層、澆注料等，直至漏出水冷壁及連接扁鐵。在管壁間的連接扁鐵上開D19 mm的圓孔，外圍用鋼板焊制320 mm×300 mm×150 mm的安裝箱，圓孔位于安裝箱側面中心位置。噴槍噴嘴外部防磨套管嵌入D19 mm的圓孔內，防磨套管頂部端面與爐墻內表面齊平。噴槍安裝套管與水冷壁、連接扁鐵、安裝箱外壁焊接連接，噴槍固定牢固后，恢復外部區域拆除的澆注料及保溫層。

4 鍋爐尾部煙道改造

鍋爐尾部煙道主要包括出口煙道、省煤器、空氣預熱器等。原鍋爐設計時，沒有預留SCR反應器位置，省煤器與空氣預熱器之間連接煙道規格為5 438 mm×2 440 mm×1 500 mm（圖5（a）），SCR反應器設計要求規格為5 880 mm×2 040 mm×3 200 mm（圖5（b）），連接煙道的長度、高度及截面積均不能滿足設計要求。從連接煙道引出外置式SCR反應器，場地位置受到限制，因此，SCR反應器設計為內置式，需改造鍋爐尾部煙道。拆除鍋爐出口至空氣預熱器之間的煙道、省煤器等，保留空氣預熱器，將省煤器上移，留出SCR反應器的位置，重新設計鍋爐出口至空氣預熱器之間的煙道、省煤器、SCR反應器及配套附屬設施。

圖5 改造前后煙道圖示

5 運行效果分析

SNCR＋SCR混合脫硝工藝系統操作簡單，運行較為穩定，表2為2015年8月19日上午及8月26日下午值班班組運行數據記錄。

由表2可見，氨水流量為254.6 L／h、256.8 L／h，對應的除鹽水流量為773.4 L／h、774.7 L／h，原煙氣NOx含量為621～653 mg／Nm3時，脫硝后可降至152～168 mg／Nm3，逃逸氨含量為1.3～1.9 mg／Nm3。經計算，SNCR＋SCR混合脫硝工藝NH3／NOx摩爾比為1.15～1.25時，脫硝效率可穩定在73.8%～75.6%，滿足環保排放及設計要求。

表2 運行數據

6 結論

a.SNCR＋SCR混合脫硝工藝設計時，需綜合考慮介質特性及運行工況條件等因素，對設備合理選型選材。

b.通過CFD流場模擬，結合溫度傳感器測量爐內溫度的方式，可確定噴槍安裝最佳位置。

c.SCR反應器設計時，鍋爐尾部煙道需改造，工藝、鍋爐及鋼結構專業的對接、協調、配合至關重要。

d.SNCR＋SCR混合脫硝工藝脫硝效率可達75%左右，適用于NOx含量較高的中小型燃煤鍋爐煙氣脫硝，滿足環保排放要求。

e.SCR反應器可預留催化劑層，通過增加催化劑的方式，進一步提高脫硝效率，滿足未來更為嚴格的環保排放要求。

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Design and Application of 2×75 t／h Pulverized Coal Boiler Flue Gas SNCR＋SCR Mixed Denitration Technology

LIANG Lei
（Jiangsu Yihuan Group Co.，Ltd.，Yixing，Jiangsu 214206，China）

Taking the example of 2×75 t／h pulverized coal boiler flue gas denitrification engineering in given thermal power plant of Shanxi，the SNCR process system，SCR reactor，the spray gun installation and the boiler tail flue transformation are described in de?tail，the operation effect is analyzed.The results show that the mixed SNCR＋SCR denitrification technology has high denitrification ef?ficiency，SCR reactor uses one layer catalyst cooperating SNCR process，denitrification efficiency can reach 75%，this technology is useful for middle and small coal?fired boiler flue gas denitrification with higher NOXcontent and also can satisfy the requirements of en?vironment protection.

Pulverized coal fired boiler；Flue gas denitrification；SNCR and SCR mixed denitration；SCR reactor；Catalyst

X701

A

1004－7913（2016）01－0030－04

梁 磊（1984—），男，碩士，工程師，從事煙氣脫硫、脫硝工程研發、設計、施工及調試工作。

2015－11－11）