SNCR脫硝技術實施方案

趙雨

一、項目概況

電廠隸屬于平頂山煤業集團，是以煤泥、洗中煤、煤矸石等劣質煤為燃料的綜合利用電廠。一期工程為55MW凝汽式汽輪機組，配套230t/h煤粉爐，于1996年投產運行。因裝機容量過小，2005年被河南省政府列入河南省小機組關停名單，現已停運。二期工程60MW機組，配套300t/h循環流化床鍋爐，于2003年7月開工建設，2006年3月底建設完工投入試生產，年供電量約4.0億千瓦時，同時坑口電廠作為新城區居民供暖、十一礦等礦區供熱熱源單位。本脫硝方案僅針對二期工程60MW機組配套的300t/h循環流化床鍋爐。

二、設計原則

1.NOx排放濃度和排放量必須滿足國家和當地政府的環保要求；2.脫硝工藝要適用于工程已確定的煤種條件，并考慮燃煤來源的變化可能性；3.脫硝工藝要做到技術成熟、設備運行可靠；4.根據工程的實際情況盡量減少脫硝裝置的建設投資、運行費用；5.脫硝裝置應布置合理；6.還原劑要有穩定可靠的來源；7.還原劑、水和能源等消耗少，盡量減少運行費用；8.脫硝裝置檢修和維護費用小。

三、工藝比選

坑口電廠2#鍋爐為循環流化床鍋爐，由于采用分級送風燃燒，對熱力型NOx的生成起到了很好的抑制作用，故與煤粉爐相比，循環流化床鍋爐本身具備了低氮燃燒技術。本方案考慮采用SNCR方法進行爐內脫硝，比選原因如下：

1.循環流化床鍋爐煙氣含塵量高，易造成催化劑堵塞，2.2#鍋爐的爐內脫硫生成的CaO也會毒化催化劑，因此不適宜選用SCR方法，3.循環流化床爐膛溫度剛好符合SNCR反應所需溫度，4.SNCR 對其他系統的維護運行（如空氣預熱器和集塵器） ，都不產生干擾及增加阻力，5.現場空間位置不足以布置SCR反應器，6.SCR造價約為SNCR造價的3～5倍，喪失了CFB鍋爐的固有優勢。

存在問題：2#爐負荷變化大，鍋爐符合波動影響爐內溫度波動，對脫硝反應穩定性不利。

解決方案：在爐膛內不同高度處安裝噴射器，以保證在適當的溫度噴入反應劑。

四、SNCR工藝設計關鍵

本方案SNCR設計原始參數：煙氣流量4.5×105m3/h，煙氣NOx濃度含量350mg/m3，爐膛煙溫850-900℃，煤質分析：見前述。

（一）還原劑的選擇

根據前述對三種還原劑的比較，綜合考察，國內SNCR多采用尿素為還原劑，集團內部多家化工廠生產尿素，來源廣泛，便于集團內部協同發展。

（二）還原劑噴入位置優化

1.分離器入口煙溫在800～900℃之間，恰好處于SNCR 反應的最佳溫度范圍；避免出現NH3氧化反應問題。2.分離器內氣體流動路徑較長，還原劑在反應區獲得較長時間的停留，煙氣在旋風分離器內的停留時間為1.5～2.5s，根據試驗和工程實際可知，較長的停留時間有助于脫硝反應的充分進行。3.分離器內煙氣旋流強烈，有助于尿素溶液的快速擴散。4.循環灰中的部分成分對SNCR 反應具有一定的催化作用。

因此本SNCR 系統設計的基本思路是：向CFB 鍋爐旋風分離器的合適位置，噴入合適用量的還原劑溶液，以實現較高的脫硝效率及較低的氨泄漏量。

（三）還原劑用量

根據河南省環境監測總站所做驗收監測數據及平頂山市環境監測中心站所做監督性監測數據，NOx排放量按最大量核算

最大煙氣量：4.5×105m3/h，氮氧化物濃度：350mg/m3，氮氧化物排放量為：4.5×105m3/h×350mg/m3=157.5kg/h。

設計脫硫效率50%，氨氮比1.3，尿素溶液質量濃度取50%，根據總反應方程式：2CO（NH2）2+4NO+O2=4N2+2CO2+4H2O

（四）噴嘴參數設計

2#鍋爐兩臺旋風分離器，則每臺旋風分離器尿素質量流量為66.78 kg/h，根據相關設計標準，噴嘴數在3-4 個為宜，且應保證每個噴嘴流量不小于20kg/h。，由此設計出每臺旋風分離器噴嘴3個，流量為22.26 kg/h.

（五）氨氮摩爾比及氨逃逸量核算

根據相關研究文獻報道，SNCR系統氨氮摩爾比多在1-1.5之間，NH3/NO摩爾比過大，雖然有利于NOx還原率增大，但氨逃逸加大又會造成新的問題，同時還增加了運行費用。隨著氨水噴入量的增加，氨水與煙氣的混合情況有所好轉，因此在高NH3/NO摩爾比值情況下取得了好的效果。在實際應用中考慮到NH3的泄漏問題，應選盡可能小的NH3/NO摩爾比值，同時為了保證NO還原率，要求必須采取措施強化氨水與煙氣的混合過程。為保證脫硝效率，本設計取NSR為1.3，依據此NSR值，核算系統氨逃逸量，如果不符合要求，需重新修訂NSR值。

（六）SNCR系統工程組成

1.尿素貯存、溶解系統。系統所需尿素由集團化工廠提供，采用汽車運輸至廠區，進入固體尿素儲存倉作為臨時儲存和緩沖，尿素筒倉設置成錐形低立式碳鋼罐，設置熱風流化裝置和振動下料裝置，防止固體尿素吸潮、架橋及結塊堵塞。尿素筒倉貯存量按3天用量考慮，設計貯存量5噸，倉體體積4m3。設計一座尿素溶解罐，尿素由筒倉自動振動下料至溶解罐內配置成質量濃度為50%的尿素溶液，溶解罐采用不銹鋼制造，內設攪拌裝置，設自動計量裝置控制進入溶液水量。

2.尿素溶液貯存系統。溶液罐內的尿素溶液經由尿素溶液給料泵進入尿素溶液儲罐，按照規范要求，本科研設計2座尿素溶液儲罐，總體積按照尿素溶液5天用量考慮（16噸），儲罐體積按16m3考慮，每個儲罐8m3設計，儲罐采用玻璃鋼或不低于304的不銹鋼制造，設有通風孔、液位表、溫度表口和排放口。由于尿素溶液是吸熱過程，50%的尿素溶液結晶溫度是16.7℃，因此尿素儲罐需配置伴熱裝置，防止尿素溶解后再結晶。

3.在線稀釋系統。為保證尿素溶液霧滴在分解爐內的覆蓋范圍及運行的穩定性，需要將尿素溶液稀釋后才能噴入爐中（稀釋成10%濃度）。系統配置有稀釋水罐和水泵，罐內去鹽水通過水泵加壓后輸送到靜態混合器，尿素溶液與稀釋水在混合器內均勻混合成10%左右的尿素溶液。在混合器后設有流量計，計量噴入的尿素溶液量。系統配置兩臺水泵，一用一備。

4.噴射系統。由混合器來的稀尿素溶液通過調節閥組，分別進入兩臺旋風分離器，準確地將定量的尿素溶液分配給各個噴嘴。噴嘴采用雙流體噴嘴，尿素溶液在壓縮空氣的作用下，被霧化成極小的霧滴。霧滴被噴入分解爐內，在爐內蒸發、分解成NH3，高溫下NH3與煙氣中NOx反應，生成N2與水，從而脫除煙氣中的NOx。

噴射系統根據分離器出口的NOx濃度來控制噴尿素量，將煙氣在線監測儀的檢測數據輸送到PLC中，PLC根據NOx濃度調整噴入的尿素溶液量，使NO排放濃度達到環保要求。

五、項目實施意義

類比國內外同類工程投資，本項目投資估算為600萬，待河南省脫硝電價出臺后，可享受0.08元/kwh的脫硝電價，此一項年可收益320萬元，兩年脫硝電價即可抵回投資成本，經濟效益顯著。本項目實施后年可減少氮氧化物排放680.4噸，具有良好的環境效益。減少氮氧化物排污費支出43萬元。endprint