循環流化床鍋爐SNCR系統優化與應用

焦小波 劉霖杰

摘 要：本文主要對循環流化床鍋爐中的SNCR脫硝系統進行優化改造，通過對尿素溶液噴射裝置的優化，調整尿素溶液制備系統的加熱方式，調整霧化風，同時加強運行管理保證脫硝最佳反應溫度，保證還原劑和煙氣充分混合、反應，提高還原劑與煙氣的充分混合與接觸、反應，提高煙氣脫硝效率，降低還原劑（即尿素）消耗、降低生產成本。

關鍵詞：循環流化床鍋爐;脫硝系統;SNCR;尿素溶液噴射裝置

隨著環境污染給人類帶來的問題越來越嚴重，人們的環境保護意識日益增強，我國針對環境保護的法律法規不斷健全，對火力發電廠NOx排放控制日益嚴格[1]。循環流化床鍋爐技術作為一種高效、低污染、清潔的燃燒技術，已在電站鍋爐、工業鍋爐、廢棄物處理利用等領域得到了廣泛應用[2-3]。選擇性非催化還原（SNCR）是一種煙氣脫硝技術，其原理是將氨還原劑在一定的溫度窗口下與NOx發生選擇性非催化還原反應，達到降低NOx排放的效果[4]。

1 脫硝系統運行狀況分析

我公司脫硝系統采用SNCR+SCR技術，SNCR+SCR混合技術是SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術同SCR工藝利用未反應氨進行催化反應結合起來，達到所需的脫硝效果，它是把SNCR工藝的低費用特點同SCR工藝的高脫硝率進行有效結合的一種揚長避短的混合工藝。SNCR+SCR混合工藝的脫硝效率為90%，氨的逃逸小于3mg/Nm3。

目前，SNCR系統中尿素溶液使用量居高不下，已成為制約系統經濟性運行的重要因素，因此對公司三臺循環流化床鍋爐的SNCR系統進行優化與應用。

SNCR系統尿素溶液噴射裝置為2014年7月投用至今，該型式噴槍為尾部混合文丘里型式噴槍，采用文丘里原理，壓縮空氣在噴槍尾部進入，尿素溶液在壓縮空氣后部進入噴槍尾部，通過壓縮空氣的高速噴射抽動尿素溶液進入混合室，混合后的氣液混合物至噴槍噴頭處霧化，要求壓縮空氣壓力不低于0.3MPa，且各部件加工精度要求極高，霧化噴嘴極易高溫磨損。經現場檢查分析，造成尿素消耗過大的主要因素即為該型式噴槍霧化效果差。

2 優化方案

2.1 尿素溶液噴射裝置優化

將尿素噴槍更換為尾部噴射混合型式，該型式采用尿素溶液于兩側釋放孔噴出，與壓縮空氣混合，于槍頭處霧化噴出。尾部噴射混合型式噴槍結構相對簡單，易于加工制造，氣液混合充分，霧滴粒徑可達50-70微米，溶液與煙氣中的氮氧化物接觸更加均勻，反應更加充分，脫硝效率更高，運行費用更低。

其最佳流量范圍10-400L/h;壓縮空氣壓力0.1-0.6MPa，液體壓力0.1-0.6MPa;噴槍有二個接口，分別為進液口、進氣口;最高環境溫度：1250℃;最大工作壓力：1.5MPa，且有霧化精細、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、無需冷卻風等優點。

2.2 噴槍噴嘴的角度選擇與防磨優化

根據噴槍在鍋爐上的安裝位置，噴槍的噴嘴為主線垂直于煙氣流向的橄欖型噴口，霧化后氣液混合物呈扇形霧化狀態，扇形界面與煙氣流向垂直，最大程度提高混合度、提高反應效率。噴嘴設有60°導流角，有利于氣液混合物進一步膨脹擴張。針對噴嘴被高溫煙氣沖刷磨損，噴槍整體采用310s不銹鋼，具有良好耐氧化、耐腐蝕、耐酸堿、耐高溫性能，且噴槍殼內有氣液混合物冷卻;噴嘴采用激光熔覆技術，使用鎳基合金包覆噴嘴，提高其耐磨性能。

2.3 尿素溶液的制備系統優化

尿素為無色或白色針狀或棒狀結晶體，無臭無味。含氮量約為47%，溶于水，在20℃的水中溶解度為1080 g/L。為保證脫硝的效率，提高尿素溶液的溶解度，公司對尿素溶液的制備系統做出以下調整：

原尿素溶液的制備中使用蒸汽加熱，加熱處為尿素制備溶解罐。蒸汽來源原為對外供汽管道疏水管，蒸汽壓力為0.1-0.2MPa，加熱后溫度為25℃。現將蒸汽來源改為汽輪機打孔抽汽支管，壓力為0.4-0.5MPa，加熱后尿素溶液溫度為50℃。

2.4 霧化風的優化調整

公司原有噴槍采用頭部混合、霧化模式，要求壓縮空氣壓力不低于0.3MPa，另因其噴嘴極易高溫磨損，需配備冷卻風，冷卻風壓力要求不低于0.2MPa。采用尾部噴射混合型噴槍后，不需要冷卻風。經試驗，新型噴槍所需霧化風采用壓縮空氣作為霧化介質，壓縮空氣壓力要求為0.1-0.6MPa。

3 經濟效益

根據上述優化方案將公司SNCR脫硝系統進行優化改造，通過對尿素溶液噴射裝置的優化，調整尿素溶液制備系統的加熱方式，調整霧化風，同時加強運行管理保證脫硝最佳反應溫度，公司鍋爐煙氣脫硝效率不斷提高。

經統計：優化方案實施前，每天消耗尿素約為10噸;優化方案實施后，每天添加消耗尿素約為8噸，每天少消耗尿素約2噸。公司制造安裝新型尿素溶液噴射裝置12套，成本及其他費用共計約20萬元，因此，綜合考慮取得效益約為96萬元/年。

參考文獻：

[1]胡浩毅.以尿素為還原劑的SNCR脫硝技術在電廠的應用[J].電力技術，2009（3）：22-24.

[2]馮俊凱等主編.循環流化床燃燒鍋爐[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3]余潔.循環流化床鍋爐的污染物排放與控制探討[J].煤質技術，2012（3）：46-49.

[4]Richard K Lyon.Method for the reduction of the concentration of NO in combustion effluents using ammonia[P].US. 3900554，1975.