鍋爐煙氣脫硝裝置運行總結

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(河南能源開封龍宇化工有限公司 , 河南 開封 475200)

鍋爐煙氣脫硝裝置運行總結

孫照新，張保才

(河南能源開封龍宇化工有限公司,河南開封475200)

隨著國家環保部門對鍋爐煙氣排放指標的要求越來越嚴，為保證鍋爐煙氣中NOx排放達到國家新的環保標準，開封龍宇化工有限公司3×45 t/h鍋爐工段于2016年底投資200余萬元新上1套鍋爐煙氣脫硝裝置。該裝置投運后，經過近半年來的摸索調整，基本達到設計指標，目前鍋爐煙氣NOx平均排放濃度控制在150 mg/m3以下，滿足了國家最新環保標準200 mg/m3以下的要求，為公司的長期穩定生產創造了良好的條件。

鍋爐煙氣 ； SNCR ； 排放濃度 ； 氨水

開封龍宇化工有限公司40 kt/a聚甲醛項目鍋爐工段現有45 t/h鍋爐3臺，2開1備，為主裝置提供生產所需的熱能。本裝置是由太原鍋爐集團制造的TG-45/1.27-M型高溫分離、低循環倍率循環流化床鍋爐，單鍋筒、自然循環、鋼結構、前吊后支、室外布置、π型結構。鍋爐為雙層布置，樓上為鍋爐主體部分及操作室，樓下一層布置除渣系統，排污系統操作平臺以及安裝風機、風道及煙道等設備。鍋爐還布置有布袋除塵器、氣力除灰、脫硫裝置等系統。自2011年投運以來，設備運行穩定。因原鍋爐煙氣系統設計未考慮煙氣脫硝，隨著國家環保標準的提高，公司于2016年底投資200余萬元新上1套鍋爐煙氣脫硝裝置，以滿足國家環保部門對鍋爐煙氣中NOx的要求。

1 煙氣系統工藝流程

燃料煤由稱重式皮帶給煤機送入爐膛(密相區)與鼓風機送來的空氣燃燒生成高溫煙氣，高溫煙氣經爐膛內水冷壁管吸收熱量后攜帶未燃盡的細小顆粒經爐膛出口至旋風分離器分離，分離出的固體顆粒經回料裝置送回爐膛密相區繼續參與燃燒，高溫煙氣進入尾部煙道流經蒸發管、高溫省煤器、低溫省煤器、空氣預熱器后進入布袋除塵器除塵后變成凈煙氣經引風機送至脫硫裝置脫硫后送到煙囪排入大氣。鍋爐脫硝裝置氨水噴入位置在爐膛上部的出口煙道部位。

2 脫硝工藝方案的選擇

2.1 NOx生成的機理

鍋爐燃燒過程中會生成大量的NOx，主要來源于三個方面：熱力型NOx、瞬時型NOx和燃料型NOx。

熱力型NOx是在高溫條件下，燃燒空氣中的氧氣與氮氣反應生成的，占總量的25%～30%，溫度<1 350 ℃時幾乎不生成。

瞬時型NOx主要是指燃料中的碳氫化合物在燃料濃度較高的區域所產生的烴與燃燒空氣中的N2分子發生反應，形成的CN、HCN，繼續氧化而生成的NOx。生成量極少。

燃料型NOx是燃料中所含的氮化合物在燃燒過程中熱分解接著又氧化而生成的氮氧化物，主要是NO。其生成量占燃煤鍋爐排放總量的75%～90%。

三種機理產生NOx的量與溫度的關系見圖1。

圖1 三種機理產生氮氧化物的量與溫度的關系

2.2 NOx的控制措施

實踐證明，燃料型NOx主要取決于燃料中氮的含量，燃料的來源及形成的地質條件對燃料中氮含量有較大影響。熱力型NOx與爐內燃燒環境和燃燒溫度有著密切的關系。根據NOx的生成機理，其控制措施分為：①控制燃燒過程中NOx的生成，即低氮燃燒技術。 ②對生成的NOx進行處理，即煙氣脫硝技術。國際上把燃燒中NOx的所有控制措施統稱為一次措施；把燃燒后的NOx控制措施統稱為二次措施。

低氮燃燒技術是一類簡單和經濟的脫硝技術，其主要方法是采用改變燃燒氣氛和調整燃燒溫度及溫度分布等手段，通過對燃燒過程的監控，優化燃燒過程，降低熱力型NOx的生成，不需要加入還原劑，因此一次投資成本和運行成本較低。其缺點是：低氮燃燒技術的脫硝效果受到熟料煅燒所需氣氛制約，脫硝空間十分有限，脫硝效率一般為10%～20% 。

目前，鍋爐煙氣脫硝主流技術主要有選擇性非催化還原技術(簡稱SNCR)和選擇性催化還原煙氣脫硝技術(簡稱SCR)。三種煙氣脫硝技術的比較見表1。

SNCR技術是一種性價比較高、建設周期短、投資省、脫硝效率中等的煙氣脫硝技術，該技術是用氨水、尿素溶液等還原劑噴入爐內與NOx進行選擇性反應，還原劑噴入鍋爐溫度為850～1 100 ℃的區域，迅速與煙氣中的NOx進行反應生成H2O和N2，以鍋爐為反應器。SCR技術的工藝為在省煤器出口的管道上把煙氣(300～400 ℃)引入SCR反應器，在反應器前的管道上加入還原劑氨，氮氧化物在催化劑作用下被氨還原為無害的氮氣和水。

表1 三種煙氣脫硝工藝的比較

選擇的脫硝工藝方案為以氨水為還原劑的SNCR技術。

2.3 以氨水為還原劑的選擇性非催化還原技術

以氨水為還原劑的選擇性非催化還原技術(簡稱SNCR)是用氨水溶液為還原劑噴入爐內與NOx進行選擇性反應，氨水噴入鍋爐溫度為850～1 100 ℃，迅速與煙氣中的NOx進行反應生成H2O和N2，以鍋爐為反應器。在溫度窗口內，氨水(質量濃度20%～25%)還原NOx的主要反應為：

不同還原劑有不同的反應溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。氨水的最佳反應溫度窗口為850～1 100 ℃。當反應區溫度過低時，反應效率會降低；當反應區溫度過高時，氨會直接被氧化成NO2和NO。氨的逃逸會造成新的環境污染。

SNCR技術其性能受多種因素影響，主要有溫度窗口、停留時間、氨氮比、還原劑與煙氣混合的程度、煙氣氛圍以及還原劑種類等。這些影響因素的關鍵是還原劑在合適的溫度窗口噴射以及噴入的還原劑與煙氣能夠進行充分混合和反應，從而實現較高的脫硝效率，提高還原劑利用率，降低還原劑耗量和尾部氨逃逸。

SNCR 系統煙氣脫硝過程是由下面四個基本過程完成：①制備和儲存還原劑；②還原劑的計量輸出，與水混合稀釋；③在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；④還原劑與煙氣混合進行脫硝反應。

以氨水為還原劑的SNCR系統一般流程圖如圖2所示。SNCR系統主要由氨水溶液制備系統、氨水輸送、稀釋及計量控制系統、還原劑噴射系統等組成。

圖2 以氨水為還原劑的SNCR系統一般流程圖

外購濃度為20%的氨水運輸至廠區后，通過泵將槽罐車內的氨水輸送至氨水儲罐。出氨水儲罐的氨水經氨水泵加壓、計量和控制后進入計量分配模塊和噴射模塊。稀氨水溶液進入控制閥組，分配到安裝在鍋爐上的噴槍組。噴霧系統采用空氣介質霧化內混式噴槍，將氨水霧化成平均粒徑為幾十微米的細小液滴，增大煙氣NOx與氨水液滴之間的汽液傳質面積，加快反應速度，提高反應效率。

3 裝置運行存在問題及注意事項

3.1 嚴格控制氨氮比

控制氨氮比是根據鍋爐煙氣中NOx的含量，調整氨水加入量和控制煙氣中氨逃逸量。從SNCR系統逃逸的氨主要來自兩種情況，一是由于噴入點煙氣溫度低影響了氨與NOx的反應；另一種是噴入的還原劑過量或還原劑分布不均勻。逃逸的NH3不僅會使煙氣中的粉塵容易沉積在余熱鍋爐尾部的受熱面上，而且煙氣中NH3遇到SO3會產生(NH4)2SO4易造成余熱鍋爐堵塞，并有腐蝕的危險。因此，為保證達到最佳的運行效果，在保證還原劑與煙氣混合均勻的情況下，氨的逃逸量應在10 mg/Nm3以下。目前，我公司氨的逃逸量一般在5 mg/Nm3以下。

3.2 保證還原劑均勻噴入

還原劑的均勻噴入在脫硝裝置運行過程中至關重要，它不僅影響到裝置的脫硝效率，而且對還原劑的使用量、鍋爐受熱面的保護都有很大的影響。還原劑噴入系統必須能將還原劑噴入到鍋爐內最有效的部位，因為NOx的分布在鍋爐對流斷面上是經常變化的，如果噴入控制點太少或噴到鍋爐內某個斷面上的氨不均勻，則會出現分布較高的氨逃逸量。為保證脫硝反應能充分地進行，以最少的噴入NH3量達到最好的還原效果，必須設法使噴入的NH3與煙氣良好地混合。為使還原劑加入量均勻，噴槍是SNCR脫硝的關鍵設備，我公司采用雙流體噴槍，依靠壓縮空氣的推動力使氨水溶液霧化。該噴槍在高溫高粉塵的環境下有良好的霧化效果，并能持續保持。

同時，采取正確合理的噴射策略，即噴槍數量和布置方式的合理組合。我公司的噴射策略為每臺鍋爐在出口煙道和旋風分離器入口各安裝兩支噴槍，每臺鍋爐布置4支。噴槍的噴射面與煙氣流動方向垂直，確保噴射出的氨水溶液與煙氣充分混合。且每支噴槍可單獨投運，可組合搭配出數種噴射策略，可根據鍋爐運行情況適時調整，找到最經濟的運行模式。

3.3 噴槍的保護

由于噴槍的前半部及噴頭均位于高溫部位，極易因高溫損壞，從而影響噴射效果，因此，噴槍的保護對裝置的長周期穩定運行有著至關重要的影響。在設計上，噴槍伸入煙道的部位在金屬結構外部加裝耐高溫陶瓷套管加以保護。噴頭在正常運行時因氨水溶液和空氣的冷卻作用，溫度不至于很高，但當系統負荷較低或鍋爐開停車停運時，因部分噴槍投入運行較晚，噴頭就極易達到高溫，此時必須注意噴頭的保護。目前采取的措施是當系統處于上述狀態時，空氣不停，作為噴槍的冷卻介質，或者將不投運的噴槍暫時拔出，需要投運時再裝入。

4 運行效果

我公司鍋爐煙氣脫硝裝置于2016年12月下旬試運行，2017年1月正式投入運行，本裝置投入運行半年來，鍋爐煙氣排放NOx明顯下降，達到了國家環保部門新的排放要求。脫硝裝置投運前后鍋爐煙氣排放NOx的濃度對比見表2。

表2 脫硝裝置投運前后鍋爐煙氣排放NOx濃度對比

注：2016年7、8月份及2017年3月份生產系統停車檢修及開車，鍋爐低負荷運行，導致NOx排放濃度偏低，氨水消耗量偏高。

5 結論

該裝置投運后，經過近半年來的摸索調整，基本達到設計指標，目前鍋爐煙氣NOx平均排放濃度控制在150 mg/m3以下，滿足了國家最新環保標準200 mg/m3以下的要求，為公司的長期穩定生產創造了良好的條件。

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1003-3467(2017)08-0053-04

2017-05-07

孫照新(1976-)，男，注安工程師，從事化工工藝和化工安全方面的工作，電話：13837815467。