生物質水冷振動爐排鍋爐SNCR系統優化探討

文_高國防 劉繼峰 李小虎 張漢威 .光大綠色環保研究所 .光大生物能源（靈璧）有限公司 .光大城鄉再生能源（灌云）有限公司

1 概述

我國生物質資源豐富，各種農作物每年產生秸稈6億多噸，其中可以作為能源使用的約4億t，全國林木總生物量約190億t，可獲得量為9億t，可作為能源利用的總量約為3億t。生物質資源的廢棄或就地焚燒，不僅浪費了寶貴的能源資源，還污染了環境。隨著工業技術的飛速發展，生物質能應用的領域不斷拓寬，生物質直燃發電技術也得到廣泛應用推廣。因機組配置不大，煙氣量較小，NOx的原始生成量不高，采用氨水或者尿素作為還原劑時，SNCR脫硝工藝配置簡單，一次性投資及運行成本低，基本能滿足煙氣排放要求，因此生物質直燃發電項目大多采用SNCR脫硝工藝。

但由于鍋爐大氣污染物排放標準的提高，未設置脫硝裝置的生物質的直燃鍋爐電廠已經很難適應新標準的要求，因此生物質鍋爐脫硝改造已迫在眉睫。但生物質直燃鍋爐溫度場不適宜，噴槍選型及安裝定位不當也會導致霧化效果不佳，導致氨逃逸量較大，反應效率低，因此進行SNCR系統的優化，提高反應效率具有重要意義。

2 鍋爐配置概況

某生物質發電公司采用的是130t/h高溫高壓自然循環水冷振動爐排鍋爐，為“M”型布置，單鍋筒、單爐膛、平衡通風、室外布置（輕鋼型屋蓋）、固態排渣、全鋼構架、底部支撐結構型鍋爐。鍋爐的主要燃料是秸稈，另外可摻燒碎木片、樹枝等生物質燃料，主要參數見表1。煙氣脫硝采用的是SNCR工藝，配有儲存系統、輸送系統、噴射系統及自動控制系統。運行一段時候后，發現存在氨水用量偏大，NOx波動較大，氨逃逸量偏大、水冷壁管腐蝕等諸多問題。

表1 鍋爐主要參數

3 存在問題

采用SNCR脫硝工藝時，NOx的脫除率受很多因素的影響，主要包括：反應溫度場、停留時間、還原劑與煙氣的混合程度、噴槍霧化效果、氨氮比、NOx初始體積濃度、氧濃度、鍋爐燃燒狀況以及燃料摻配比例等。通過對該公司現場工藝系統排查，發現如下問題：

①噴槍選型單一，均采用柱狀噴槍。該噴槍雖然能保證噴射距離，但擴散面積較小，導致還原劑與煙氣的混合不充分。

②噴槍安裝不合理。插入較深的噴槍有變形的情況；插入較淺的噴槍，還原劑直接噴到了水冷壁上，造成水冷壁腐蝕爆管（圖1）；個別噴槍頭部沒有穿過保護套管，基本沒有形成有效的霧化； 噴槍布置不合理，導致還原劑覆蓋面積不足，局部過量等情況，噴槍層爐膛截面積為9200×6480mm，原布置情況如圖2；覆蓋情況如圖3。

圖1

圖2

圖3

③噴槍定期檢查試驗力度不夠，個別噴槍有堵塞現象。

④兩臺爐共用一套輸送系統，彼此會相互影響，各噴槍支路壓力偏低，流量分配不均勻，氣液比不當。

⑤未配置除鹽水系統。在NOx較低時，需要降低還原劑使用量，此時無法保證噴槍的流量，造成霧化效果不好，霧化后液滴過小或者過大都不利于反應的進行。

⑥溫度場不適宜。SNCR最佳反應溫度在850～950℃之間，而反應爐實際運行溫度在800℃左右，低于SNCR最佳反應溫度。

⑦鍋爐燃燒不穩定，爐膛溫度及氧量波動較大，一二次風配比不當。

4 優化措施

根據發現的問題，我們做了深入分析，尤其是在噴槍布置方面。主要采取的優化措施如下：

①噴槍做了部分更換，選用了扇狀噴槍，柱狀和扇面噴槍混合使用，既保證了噴射長度，又保證了覆蓋面積。

②對每個噴槍進行了定位檢查。復核插入深度保持在10～15cm，確保噴槍頭穿過套管，扇面方向與爐膛截面平行。

③定期對噴槍進行霧化檢查。噴槍停用時，將噴槍拔出爐膛，在不拔出時確保開啟壓縮空氣。

④將輸送系統分離，每臺爐一套輸送系統，增加除鹽水系統，保證噴槍的流量。

⑤根據爐膛溫度改變噴槍布置位置，使其處于合適的溫度場。上下層噴槍進行錯位布置，左右墻噴槍下移至溫度較高的區域，并各增加一根噴槍，以增加還原劑覆蓋面積。優化后噴槍布置情況如圖4；還原劑覆蓋面積情況如圖5。

圖4

圖5

⑥自動控制反饋信號采用尾部NOx排放濃度時，從檢測到NOx濃度變化到調整還原劑噴入量有2min左右的時間差，不能有效及時的控制NOx濃度及還原劑噴入量。當爐排振動時，氧量比較低，NOx的初始生成量也比較低，此時可適當減少還原劑的噴入量。因此可考慮增加爐膛溫度及爐排振動等反饋信號，以更有效的控制NOx濃度及還原劑噴入量。

⑦優化燃料摻配比例，保證燃料摻配均勻，以保證鍋爐燃燒的穩定性。

⑧調整一二次風配比，降低NOx的初始生成量。

5 經濟性估算

通過以上優化調整，生物質水冷振動爐排鍋爐SNCR脫銷效率得到一定提高，在保證達標排放的前提下，還原劑用量有一定幅度下降，6月份氨水用量變化情況（圖6），經統計4、5月份氨水使用情況，試驗期間氨水平均用量為4.77t/d，具體數據見表2。

圖6

表2 生物質水冷振動爐排鍋爐SNCR優化效果

通過優化調整，每天可減少氨水用量約1.62t，一年按運行300d，氨水單價720元/t計算，一年可以節約生產成本約35萬元。

6 結論

根據某生物質發電有限公司的水冷振動爐排鍋爐的特點，提出選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術實施方式，確定了噴槍的選型和布置方案，闡述了噴槍布置過程中應考慮的因素。結果表明，通過優化調整，該生物質發電有限公司每天可減少氨水用量約1.62t，一年可以節約生產成本約35萬元。