循環流化床鍋爐脫硝改造

葉思成

摘 要：國內第一臺循環硫化床鍋爐在新的排放標準下NOX無法滿足達標排放，改造方案選擇為增加一套SNCR脫硝裝置，采用向爐內噴射尿素10%溶液進行脫硝。改造機組在煙氣達標排放狀況下最高能穩定在發電負荷75MW運行，較脫硝系統安裝前提高了10MW。噴槍在機組發電負荷65MW和煤質相對不變的情況下，NOX排放降低了60%。

關鍵詞：脫硝；SNCR技術；循環流化床

1 緒論

改造鍋爐為原芬蘭AHLSTROM（奧斯龍）公司生產制造投產于1996年9月，410-9.8/540-Pyrofow型常壓、單汽包自然循環、戶外型循環流化床鍋爐。鍋爐冷渣機分別為2臺RA8-120和2臺RA10-120氣水聯合冷卻氣槽式冷渣器。新的排放標準執行以來，2015年NOx超標排放小時數237個，占運行小時數的13.26%，為滿足排放要求機組只能在65MW負荷以下運行。因此進行鍋爐脫硝技術應用研究，選擇合適的脫硝技術實施改造已迫在眉睫。

2 改造方案的選擇

2.1 循環硫化床鍋爐氮氧化物的生成影響因素

在循環流化床鍋爐燃燒過程中，氮氧化物的生成影響因素較多，燃料中氮的含量、鍋爐過量空氣系數、燃燒溫度均會對氮氧化物的生成產生巨大影響。近期研究表明，脫硫劑為石灰石，其直接目的是降低二氧化硫的排放量，同時對氮氧化物的排放量也會產生明顯的影響，使氮氧化物上升。主要體現在兩個方面，一個是富余的氧化鈣作為強催化劑會強化燃料氮的氧化速度，使一氧化氮的生成速度增加；另一個是富余的氧化鈣和硫化鈣作為催化劑強化一氧化碳還原一氧化氮。氧化鈣對燃料氮氧化物生成一氧化氮的貢獻大于其對還原性氣體還原一氧化氮的貢獻，從而使得氮氧化物排放量增加。

2.2 方案確定

改造鍋爐為早期設計的循環流化床機組，設計重心在如何確保鍋爐的安全、穩定運行，在設計理念上沒有探索二氧化硫和氮氧化物互相影響的研究，如一次風量、風速及二次風量及噴口等方面未做具體的優化。另外鍋爐設計一二次風口的標高存在不合理，氣槽式冷渣器進入爐膛的無效風較大，但如進行改造成本大。鑒于機組可運行年限改造方案選擇為增加一套SNCR脫硝裝置，采用向爐內噴射氨水或尿素進行脫硝，預計能達到40%的脫硝效率。

2.3 SNCR脫硝機理

SNCR脫除NOx技術是把含有NHx基的還原劑（如氨氣、氨水或者尿素等）噴入鍋爐溫度為800℃-1100℃的區域，該還原劑迅速熱分解成NHx和其它副產物，隨后NHx與煙氣中的NO進行SNCR反應而生成N2。采用尿素作為還原劑還原NO的主要化學反應為：

3 SNCR脫硝技術方案實施

系統流程說明：

本方案設計采用制備10%的尿素溶液儲存于尿素溶液罐，通過噴射泵經Φ38×3的304不銹鋼管進入鍋爐28米層，經計量、均流后，分別通過Φ27×3的304不銹鋼管進入鍋爐甲乙側旋風分離器進口平臺，再經流量計、均流器后進入布置于旋風分離器進口的10只噴槍，后經壓縮空氣霧化后噴入鍋爐。

除鹽水經閥門直接接入噴射泵入口，通過噴射泵對管路系統進行沖洗。

尿素溶液儲存罐的加熱系統，考慮從鍋爐冷渣機的冷卻水出口母管上安裝Φ38×3的鍋爐鋼管，經工業水管溝，進入尿素溶液儲存罐，加熱溶液，以防止尿素溶液結晶。工藝流程見圖：

4 運行效果及分析

4.1 試運行過程

機組發電負荷74MW、NOX排放187mg/Nm3、SO2排放264mg/Nm3、噴槍投運支數10支，通過風、煤、石灰石粉及尿素溶液的調整，在克服煤質波動、保證NOX及SO2達標排放下機組最高發電負荷能穩定在75MW運行。試驗期間入爐煤平均硫分為0.87%，相關參數如下表：

4.2 試運行分析

在現有煤質且煤質平穩情況下，投入煙氣脫硝系統后，改造機組在煙氣達標排放狀況下最高能穩定在發電負荷75MW運行。較脫硝系統安裝前提高了10MW。噴槍在機組發電負荷65MW和煤質相對不變的情況下，NOX排放降低了60%。改造機組煙氣脫硝系統能有效抵抗煤質波動對NOX的影響，在NOX達標排放情況下機組負荷可達82MW。若降低入爐煤硫分，能進一步增強煙氣排放控制能力，機組帶負荷能力也將提高。

4.3 存在的問題

由于改造鍋爐投產時間較早，設計水平相對較低，在燃料含硫量高的情況下添加石灰石，會出現氮氧化物排放濃度超標的情況，對SO2和NOX同時達標排放造成困難。機組高負荷時，SO2的排放濃度增加，需要加大石灰石粉的投入量，石灰石粉的過量投入，NOX排放濃度增加，同時脫硝還原劑“中毒”，破壞了尿素溶液中氨基的還原反應，導致NOX超標。同時由于鍋爐設計水平較低，爐膛用風調整困難，致使爐膛出口氧量較高，加上尾部煙道存在泄漏，使煙囪出口煙氣氧含量偏高，造成二氧化硫及氮氧化物排放折算濃度超標。

5 結語

脫硝系統投運后，NOX排放達標率為96.32%，大大提高NOX排放達標率，減少NOX排放量，減少環保核查的風險。由于該改造鍋爐的脫硫設計存在缺陷，脫硝系統運行后，SO2的達標排放成為主要制約機組帶負荷的因素，建議下一步進行脫硫系統的改造以滿足排放標準。