流化床鍋爐SNCR+SCR（內置）混合法脫硝技術探討

丁旭

摘 要：由于我國煤礦資源相對豐富，鍋爐燃料仍然以燃煤為主，不可避免的會在燃燒燃煤同時排放出污染性物質，污染物主要為氮氧化物、硫化物和粉塵。在國家提倡環境保護的今天，如何高效、節能、低投入的減排已經成為大家關注的新焦點和研究方向。文章以實際項目脫硝改造為案例，探討如何在流化床鍋爐內部改造SCR反應區，并配合前端SNCR法脫硝以達到國家超低排放要求。

關鍵詞：流化床鍋爐;節能環保;低投入

一、案例簡介

項目為開原宏達熱電有限公司廠區內6#鍋爐脫硝改造，6#鍋爐為蒸發量220t/h，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環，全懸吊結構，全鋼架π型布置。爐膛采用膜式水冷壁，鍋爐中部是蝸殼式汽冷旋風分離器，尾部豎井煙道布置兩級三組對流過熱器，過熱器下方布置兩組省煤器及一、二次風各兩組空氣預熱器。

2019年按照國家要求的超低排放要求進行脫硝超低改造，經多次討論交流和方案比較之后，采用SNCR+SCR（內置）脫硝，SNCR反應區布置在汽冷旋風分離器入口煙道水平段，SCR反應區布置在上下級省煤器中間，相比于傳統外置反應器，同樣可以滿足低排要求，又使改造施工量、投入金額達到最少。

二、工藝原理

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）為選擇性非催化還原法，是一種經濟又有效的脫硝技術，于上世紀70年代中期首先在日本的燃氣、燃油電廠中得到應用，原理是以氨水、尿素等作為還原劑，在噴入鍋爐之前霧化或者噴入到鍋爐中靠爐內的熱量蒸發霧化，氣相的氨或者尿素就會分解為自由基NH3和NH2，在特定的溫度和氧存在的條件下，還原劑與NOx反應生成了氮氣和水。

SCR（Selective Catalytic Reduction）即選擇性催化還原法，是指在溫度300～420℃范圍內噴入還原劑，在催化劑的作用下與煙氣中的 NOx 發生選擇性催化反應生成氮氣和水。

本項目采用的改造方案為二者結合，工藝流程如圖1所示：

由于改造時間等因素限制，也為了節省投資，本改造工程并未采用傳統煙氣外引反應器的脫硝方式，而是利用原豎井煙道改造后作為反應器SCR反應區域，考慮由于煙氣流速較大，對催化劑沖擊磨損會相對較大，通過計算對SCR反應區域空間的原煙道進行拓寬，整體煙道向爐前擴展0.9m，使煙氣流經催化劑層煙氣速度控制在7m/s左右，并配合流場模擬，在分離器出口及反應區入口設置導流板，使煙氣和氨可以較為均勻的通過催化劑進行反應。

三、運行效果

項目改造完成后，于2019年10月投入使用，根據現場實際運行考察，偏低負荷情況下（蒸汽量小于160t/h） 只需運行前端SNCR反應區即可達到NOx排放低于50mg/Nm3的要求，此時分離器入口煙溫高于800℃，SCR反應區為280-300℃;當流化床鍋爐負荷提高，SCR反應區溫度升高到300℃以上，投入分離器出口補充噴槍，可以保證出口NOx排放值低于超低排放值，根據負荷變動調節計量分配裝置即可控制排放值，滿足實際需求。

四、問題探討

1、超低排放的必要性

近年來，隨著我國經濟總量不斷增長，用電負荷也在上升，我國能源資源以煤炭為主，所以無論供暖還是發電用鍋爐主要燃料還是煤炭，而且耗量巨大，而燃煤所造成的空氣污染給所有人帶來很大影響，為了滿足人們日益增長的良好生活環境需求，高效、無污染、低投入的脫硝方法值得研究和推廣，我國脫硝工藝目前市場主要以SNCR和SCR及混合法為主，脫硝排放值也在近年降到50mg/Nm3，由于排放總量巨大，對排煙實現低排是完全有必要的，鋼鐵焦化行業也必須進行降低排放措施。

2、脫硝改進

針對噴氨/尿素脫硝存在氨耗能抵消脫硝減排量、催化劑回收再利用、氨逃逸量等問題，仍需細致化工藝流程，做好流場模擬實驗和數據計算，研究催化劑再利用效率和經濟型等。

3、工藝適用、改進及推廣

有別于傳統混合法布置，本工藝將SCR反應區布置在鍋爐內，節省了改造時間和成本，同時也解決了施工改造時間限制、投資、場地情況等的因素的困擾。此方案比較適合爐內豎井煙道存在合適空間和溫度的鍋爐，有前端合適溫度的SNCR區域配合脫硝，能達到很理想的脫硝效率;改進方面主要體現在如何優化氨有效利用、噴槍噴入的氨與煙氣更好混合，以達到最佳利用催化劑活性的目的;雖然案例為循環流化床鍋爐，但同樣可應用在其他形式的處理煙氣工藝之中，如果煙溫偏低，也可以換成低溫催化劑等，鏈條爐和窯爐同樣可以借鑒。

4、經濟性

流化床鍋爐SNCR+SCR（內置反應器）混合法脫硝，省去了傳統在鍋爐后放單獨設置的大型鋼架及基礎，且不需要新增加煙道，在滿足超低排放的要求前提下，節省了大量的結構件和工程量，不增加還原劑的投入量等，大大的降低了環保的投資總額，更便于環保低排的推動。

五、結論和建議

1、本案例是應超低排放要求而產生的的一種節能環保、低投入的工藝。對中大型循環流化床鍋爐普遍適用，但同時也需根據實際情況對鍋爐本體做出適當改造，需配合鍋爐生產廠家做好方案的對接，確認是否適用于此案例中的脫硝工藝。

2、在超低排放的基礎上，需要對氨逃逸的量進行監控，雖然氨逃逸是難免的，但由于催化劑的作用，煙氣中會產生SO3，與未反應的氨生成硫酸氫銨，附著在空預器上沉積，造成堵塞。

3、流化床鍋爐脫硝，雖然以脫硝系統為主，但更重的是鍋爐本身的良好運行，包括配風、燃燒等，流化床鍋爐由于其本身燃燒特性，氮氧化物排放值不高，協同脫硝系統解決氮氧化物的超低排放，實現環境保護、企業無污染、生態化生產的綠色建設，使企業完成低成本高效率處置廢棄氣體的目標和責任。

參考文獻

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[2]趙毅，朱洪濤，安曉玲等.燃煤電廠SCR煙氣脫硝技術的研究[J].電力環境保護，2009，25（1）：7-10

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