燃煤電站鍋爐SNCR+SCR聯合脫硝工藝實踐中的優化調整

苗長春

(酒鋼集團能源中心,甘肅嘉峪關 735100)

1 概述

SNCR+SCR聯用技術是指在煙氣流程中分別安裝SNCR 和SCR 裝置。在SNCR 區段噴入液氨等作為還原劑，在SNCR 裝置中將NOx 部分脫除；在SCR區段利用SNCR 工藝逃逸的氨氣在SCR 催化劑的作用下將煙氣中的NOx 還原成N2和H2O。采用SNCR+SCR聯用工藝，脫硝效率可提高到80%～90%。

甘肅某電廠一期2×125MW 機組脫硝系統改造后正是采用低氮燃燒器、SNCR+SCR 聯用脫硝技術對煙氣進行NOx 脫除，不同之處在于，該電廠2×125 MW 機組SNCR 脫硝工藝采用的是爐前噴入經過稀釋的尿素溶液，利用高溫煙氣對尿素溶液在爐內進行熱解，再利用爐膛SNCR 反應降低了SCR 反應器入口NOx 濃度。由于該技術在甘肅省內屬首次應用，亦沒有同類型機組成熟的技術應用作為參考，在機組實際運行過程中，由于無法精確的控制氨氮摩爾比及SNCR 反應場溫度，導致機組脫硝效率不高，同時，由于物價上漲，工業尿素單價持續上漲，生產直耗費用居高不下。

為此，該電廠2×125 MW 機組特成立SNCR+SCR 聯合脫硝工藝調整優化攻關小組，通過優化鍋爐燃燒及脫硝工藝調整，提高機組脫硝效率，降低生成直耗費用。

2 SNCR＋SCR 聯合脫硝工藝優化調整試驗

2.1 主燃燒區域溫度控制調整試驗

電站鍋爐控制NOx 行之有效的手段主要是控制熱力型NOx生成量，當爐內主燃燒區域t＜1500 ℃時,熱力型NOx的生成量很少,而當t＞1500 ℃時，t每增加100 ℃,反應速率增大6～7 倍。此項試驗主要目的是通過對鍋爐二次風配比調節，在兼顧鍋爐汽溫調節、爐膛出口煙溫控制、爐內結焦狀況、鍋爐煙氣CO 含量及NOx 生成量等方面綜合評價，找到該電廠2×125 MW 機組常用煤種在不同負荷下對應的最佳二次風配比，保證熱力型NOx 生成量可控。

通過對該機組在100 MW 和125 MW 對應負荷下大量的二次風配比試驗數據、爐內主燃燒區域溫度水平及NOx 生成量整理分析。⑴在機組大負荷運行期間，由于爐內燃料量較大、燃燒強度較高，在控制爐膛出口煙氣中CO 含量≤0.05%的前提下，保持最下層托底風在60%以上開度，通過調整限制各層噴燃器的二次風比例（30%～40%），相對提高了燃盡風比例，二次風配比呈現“束腰型”，可控制爐內主燃燒區域溫度＜1250 ℃，達到了控制爐內熱力型NOx 生成的目的。⑵在機組低負荷運行期間，由于爐內燃料量較小、燃燒強度較低，在控制爐膛出口煙氣中CO 含量≤0.05%的前提下，保持最下層托底風在50%以上開度，通過調整適當開大各層噴燃器的二次風比例（40%～55%），相對降低了燃盡風比例，二次風配比近似于“腰鼓型”，仍然可控制爐內主燃燒區域溫度＜1150 ℃，同樣達到了控制爐內熱力型NOx生成的目的。

2.2 燃盡風調整對NOx生成量的影響試驗

此項試驗主要目的是在機組保持負荷穩定、燃用煤種不變、尿素溶液噴射流量不變、爐內總風量等工況穩定的前提下，單純地調節燃盡風擋板開度做試驗，通過燃盡風與二次風所占比例的不同，在不影響爐內NOx 生成量大幅度升高的前提下，盡可能向爐內主燃燒區域多供風，降低爐內CO 含量，提高煤粉燃盡度，降低發電煤耗，減輕爐內水冷壁管高溫腐蝕情況。同時，找到該機組燃盡風最小開度的警戒值，防止運行人員在調整過程中由于燃盡風量低于最低要求造成NOx 急劇升高，甚至造成NOx排放數值超標的環保事件。燃盡風調整對NOx 生成量的影響趨勢見圖1和圖2。

圖1 燃盡風調整對NOx生成量的影響趨勢

試驗結論：根據該機組燃盡風開度調整試驗后的歷史數據及各參數趨勢圖分析，燃盡風調節擋板SOFA1、SOFA2風門在50%以上開度時，對爐內NOx生成量無明顯影響；開度在40%以下時，爐內NOx生成量會急劇升高。

針對這一情況，同時兼顧控制鍋爐飛灰含碳量，該廠采取將1 號、2 號機組燃盡風調節擋板SOFA1、SOFA2 風門開度保持在80%～100%之間運行，燃盡風調節擋板SOFA1、SOFA2 風門50%開度為警戒開度，嚴禁風門開度低于50%。

2.3 確定最佳的尿素噴槍單槍流量試驗

該電廠1、2 號機組是2013 年及2014 年相繼實施的脫硫、脫硝（除塵）改造，當時脫硝系統改造采用的是SNCR+SCR 聯用技術、爐前噴入尿素溶液對煙氣進行NOx 脫除。最初設計尿素噴槍流量為268L/h，但是在實際運行過程中發現，由于尿素噴槍霧化風（壓縮空氣）壓力不足，導致霧化效果不良，尿素噴槍中心出現水柱，尿素溶液與爐內煙氣接觸面積縮小，不但造成尿素浪費，而且尿素水柱容易直射到對面爐墻，使水冷壁管局部冷卻，發生爆管事故。

圖2 燃盡風調整對NOx生成量的影響趨勢

為了解決這一難題并發揮出尿素溶液的最佳效果，通過分析制定方案及長時間的調整試驗論證，最終得出尿素噴槍單槍流量控制在(200±20) L/h 時，霧化效果及與煙氣反應效果可達最佳，此時脫硝反應器氨逃逸率可長時間保持在≤1×10-6以下，極大地降低了脫硝尿素耗量，提高了機組長周期安全穩定運行的可靠性。

2.4 最佳的尿素溶液配比濃度試驗

該電廠自脫硝系統改造后，最初設計尿素溶液配比為每25 m3水配尿素10 t。在實際運行過程中發現，SCR反應器后氨逃逸較高，長期在(1.2～2.0)×10-6之間，每次停爐檢修期間，尾部煙道及空預器內氨味很重，證明存在尿素浪費情況，這種方式長期運行勢必會導致鍋爐煙道各受熱面及空預器、脫硝反應器的不穩定運行，而且該電廠在脫硝系統投產初期曾因為尿素溶液投入量及煙道溫度控制不當，導致尾部煙道大量生成硫酸氰胺堵塞低溫段管式空氣預熱器的惡性事故。

為此，嘗試分階段進行了降低尿素溶液配比濃度的試驗，分別進行了8 t、7 t 及6 t 尿素配25 m3水的試驗，最終，通過尿素耗量、脫硝效率及氨逃逸率等大量數據的對比分析，確定該電廠1 號、2 號機組脫硝系統尿素溶液最佳配比為7 t 尿素配25 m3水。

同時，在尿素噴槍分布上，打破了之前的慣性調整思路。之前值班員在調整時都是參照A、B 側SCR 反應器的NOx 值，集中投運靠A 側或者靠B 側的尿素噴槍，試驗過程中按照尿素噴槍在同一水平面上均勻分布的原則進行調整。通過降低尿素溶液濃度，增投尿素噴槍，增加稀釋水量而不增加尿素用量，在實際試驗過程中進行前后對比，總體上尿素單耗下降非常明顯。

通過降低尿素溶液濃度，尿素噴槍在投運方式上的均勻分布，可以明顯發現，在鍋爐負荷相近，凈煙氣NOx 排放含量一致的情況下，尿素消耗量明顯降低。

2.5 尿素噴槍組合運行方式試驗

該電廠125 MW 機組脫硝系統改造后，設計機組負荷在80 MW 以上且脫硝SCR 反應器入口煙氣溫度≥310 ℃時，投入爐前一區尿素噴槍系統運行，試驗期間，采取一區、三區尿素噴槍組合調整。考慮到三區尿素噴槍在鍋爐豎井煙道入口處，距離反應器及空預器行程短，投入三區尿素噴槍會造成煙氣濕度增加，有可能會造成鍋爐尾部煙道受熱面積灰加劇及氨逃逸升高，出于機組安全運行，當時選擇距離檢修期近的2號鍋爐做試驗。

三區尿素噴槍投入后，SCR 反應區氨逃逸率沒有明顯增加，煙道阻力也沒有增加，凈煙氣NOx 下降幅度較大。待2 號機組停機檢修后，進入吸風機風箱內檢查，發現2 號鍋爐吸風機入口調節擋板上有明顯積灰，證明脫硝三區尿素噴槍投入后，對機組安全穩定運行有一定的影響，不建議長期投運。但是三區尿素噴槍的投入會在短時間內迅速降低鍋爐NOx 排放濃度，所以，綜合評估后可作為緊急狀況下投運控制NOx的手段。

3 結束語

隨著國家環保法律法規的不斷完善，環保執行標準的不斷嚴格，燃煤電廠電煤價格的不斷攀升，燃煤電廠在今后將步履維艱，環保壓力亦將越來越大。只有在傳統工藝及操作上不斷尋求突破和技術革新，將先進操作法應用到生產實際中，才能在未來的市場競爭中立于不敗之地。同時，由于液氨儲存站點作為國家管控的重大危險源點，在液氨的運輸、儲存以及使用過程中也存在較高的安全風險，國家相關部門已經提出燃煤電廠脫硝工藝需由液氨改造為尿素置換氨氣工藝。預計，SNCR＋SCR聯合脫硝工藝在燃煤電廠中的應用前景將越來越廣。