合成氨自備鍋爐選擇性非催化還原脫硝系統運行總結

尚衛平，宋仁委，周 翔，吳 培

(河南心連心化肥有限公司，河南新鄉 453731)

河南心連心化肥有限公司(以下簡稱心連心化肥)某合成氨公用工程系統有3臺75 t/h中溫中壓循環流化床鍋爐，于2014年4月進行脫硝系統改造，該系統經過2年半時間的運行，脫硝效率穩定，但出現了鍋爐初始濃度偏高、系統調節滯后、噴槍易磨損等問題，直接影響了鍋爐煙氣的達標排放。心連心化肥組織技術人員積極攻關，對出現的問題進行研究并提出了相應的解決措施，保證了系統的穩定運行。

1 脫硝系統簡介

在滿負荷生產工況下，3臺鍋爐2開1備，燃料為山西煙煤，鍋爐負荷主要根據廠區熱負荷的需要在65%～85%調節，鍋爐負荷在48～63 t/h，調節幅度較大，鍋爐床料溫度在860～950 ℃，爐膛出口煙氣溫度在740～850 ℃。脫硝系統選用選擇性非催化還原(SNCR)脫硝工藝，還原劑采用自產氨水，氨質量分數控制在17%左右。氨水通過隔膜式計量泵送至鍋爐脫硝氨水計量分配模塊平臺處，通過噴槍噴入煙氣中的NH3與煙氣中的NO反應生成了N2和H2O，以達到脫除煙氣中NO的目的。

該系統噴槍采用固定式單流體噴槍和固定式雙流體噴槍這2種形式。固定式單流體噴槍每臺爐4支噴槍分別安裝在南北兩側鍋爐爐膛出口至旋風分離器入口煙氣走廊側壁上，每側各2支；固定式雙流體噴槍每臺爐4支噴槍安裝在鍋爐標高19.8 m截面前墻水冷壁上。2種噴槍每支噴槍的流量控制在70～120 L/h。

2 脫硝系統運行中出現的問題

2.1 脫硝能力偏低

由于該循環流化床鍋爐屬密相富氧設計，鍋爐流化一次風量偏大，鍋爐煙氣氧含量在6.5%～8.5%(體積分數，下同)。燃料在密相區燃燒時，初始生成的NOx濃度較高，質量濃度達420～500 mg/m3(標態)；鍋爐煙氣經過脫硝后，煙氣中NOx質量濃度降至180～220 mg/m3(標態)，脫硝效率52%～64%。加大氨水噴入量后，氨逃逸量劇增，易造成省煤器受熱面腐蝕；單獨依靠SNCR技術煙氣NOx質量濃度不能降至100 mg/m3以下(標態)，需采用其他措施以進一步降低NOx質量濃度。脫硝系統工藝參數如表1所示。

表1 脫硝系統工藝參數

2.2 調節反饋滯后

該套脫硝系統采用全自動調節方式。整個調解過程從控制系統監測到NOx濃度出現升高趨勢，調節系統給出信號以加大計量泵開度，增加噴槍氨水噴入量，直到檢測出NOx濃度出現下降趨勢，整個調節過程時間間隔在240 s以上，而調節延遲不利于煙氣NOx濃度控制。

2.3 噴槍熱變形

為了防止氨水造成腐蝕，噴槍材質為316L，而該材質在800～1 575 ℃下不適宜連續工作。由于脫硝噴槍工作環境較為惡劣，處于鍋爐高溫區，溫度范圍在720～900 ℃。因此，噴槍伸入爐墻內部分在高溫區內會出現變形而導致噴槍卡澀，或者無法拔出。

2.4 噴槍磨損

脫硝噴槍采用316L材質，耐腐蝕性強，但其材質較軟，抗磨性能較差。噴槍安裝時不可深入爐膛，否則噴槍容易被飛灰磨損，破壞噴槍的霧化效果，進而影響脫硝效率。

3 問題分析和解決措施

3.1 煙氣再循環降低鍋爐排放初始濃度

SNCR脫硝效率在30%～70%，對于該脫硝系統來講，已達到SNCR脫硝的設計能力。未能達到排放標準是因為初始生成的NOx濃度偏高造成的，故可采取適當手段降低初始生成的NOx濃度，在此基礎上，加上SNCR脫硝，可實現鍋爐煙氣達標排放。

鍋爐煙氣中NOx生成途徑主要為：在鍋爐燃燒區域高溫條件下，進入爐膛的空氣中的N2與O2反應生成NO。破壞該化學反應的進行，必將減少NOx的生成量。采用煙氣回流循環技術，降低一次風氧含量，從而降低鍋爐密相氧含量，以達到減少NOx生成的目的。將鍋爐引風機出口煙氣抽出部分煙氣送至鍋爐一次風機進口處，利用引風機的送風壓頭和一次風機的引風壓頭，無需增加動力設備，可實現煙氣循環回流至一次風內；回流管處加裝蝶閥，以控制回流煙氣量。

表2 采用煙氣循環回流后運行參數

采用煙氣循環回流后，鍋爐煙氣氧含量由6.5%～8.5%降低至4.5%～6.5%，煙氣中NOx生成質量濃度由450～500 mg/m3(標態)降至220～350 mg/m3(標態)，效果明顯。投用SNCR脫硝后，煙氣中NOx質量濃度降至50～80 mg/m3(標態)，實現煙氣達標排放。

3.2 分析儀靠前布置，縮短響應時間

該脫硝系統的NOx監測儀器位于鍋爐除塵器后、煙氣脫硫系統進口前的這段煙氣管道上，整套系統依據監測數據進行調節。從煙氣采樣分析到數據信號上傳至DCS操作系統時間間隔為210 s，導致整個調節過程時間過長。經分析，發現該脫硝系統煙氣監測儀器位置過于靠后，導致調節延遲。

整改措施：將煙氣NOx監測儀器安裝在鍋爐尾部煙道處，經過調整煙氣檢測設備安裝位置后，數據反饋時間為40 s，大大縮短了調節過程的時間。

3.3 增加套管保護，延長噴槍壽命

316L材質的脫硝噴槍在720～900 ℃的工作區域內耐高溫性能較差，可以采用冷介質降溫保護的措施來解決此問題。在噴槍外加上套管，套管與噴槍之間通入一次風冷風以降低噴槍的工作溫度，可保護噴槍。采用該措施后，噴槍工作區溫度下降至400～500 ℃，有效保證了噴槍長時間連續運行。

采用冷風套管冷卻噴槍后，運行3個月又出現新的問題：脫硝噴槍外采用310S材質套管保護噴槍，噴槍與套管間以冷風冷卻噴槍和套管，冷風來自一次風冷風段；低氮燃燒煙氣回流后，由于一次風含有煙氣中的SO2和SO3氣體，對爐墻外部低溫段噴槍造成腐蝕。運行3個月之后，噴槍外表皮已出現較明顯的腐蝕；靠近爐內的噴槍頭部，由于溫度較高，未發生腐蝕。冷卻風中含有循環回流的部分煙氣，煙氣中SO2和SO3氣體在噴槍低溫段溫度低于酸露點，在噴槍外表面產生酸性腐蝕；而噴槍頭部靠近鍋爐高溫煙氣，溫度遠高于酸露點，故未發生酸性腐蝕。將噴槍冷卻風由一次風冷風(風溫50 ℃左右)改為一次風熱風(風溫240 ℃左右)，即一次風空預器出口處。采用熱風后，冷卻風溫度高于酸露點，避免發生腐蝕。

由于冷卻風溫度的提高，可適當提高冷卻風量，確保噴槍工作在安全溫度范圍內(低于800 ℃)。增加冷風保護后，噴槍未出現變形現象。

3.4 精確安裝，防止噴槍磨損

飛灰沿爐壁向下沖刷，爐壁面突出部分沖刷最為嚴重。噴槍安裝時，安裝精度要高，噴槍頭部不得超出鍋爐內壁爐墻，避免飛灰沖刷噴槍。

4 結語

該SNCR脫硝系統運行2年多的時間中出現的問題，通過技術人員的摸索研究，采用煙氣再循環及調整相關工藝等措施，脫硝系統出現的問題迎刃而解，這些措施對于行業中脫硝系統的穩定運行有一定的借鑒意義。