SNCR與COA聯合脫硝在循環流化床的運用

陶天峰

(安徽華誼化工有限公司, 安徽蕪湖 241000)

安徽華誼化工有限公司(簡稱華誼化工)現有3×150 t/h燃煤鍋爐建于2011年，執行GB 13223—2011《火電廠大氣污染排放標準》。2015年，華誼化工采用選擇性非催化還原(SNCR)法脫硝，使用非觸媒SNCR全程變量噴射脫硝裝置，脫硝裝置滿足NOx質量濃度<100 mg/m3。2018年新環保法頒布后，國家對化工企業的燃煤鍋爐排放指標要求日趨嚴格，為了更好地適應發展需要，2018年，華誼化工對現有燃煤鍋爐進行煙氣脫硝升級改造。

1 脫硝系統概況

華誼化工采用SNCR+氣相循環氧化吸收協同(COA)脫硝工藝。SNCR脫硝項目于2015年建設，2016年6月投用;氣相COA脫硝系統于2018年8月建設，2019年4月投用。

1.1 SNCR脫硝部分

SNCR脫硝系統是通過在鍋爐中合適的溫度區域噴入還原劑(氨水)，將其余NOx反應，生成氮氣和水。由于在爐膛內高溫區域發生還原反應，所以SNCR脫硝又稱為爐內脫硝[1-2]。

SNCR脫硝系統是經實踐證明的高效爐內脫硝系統，可有效減少工廠NOx的排放量。采用氨水作為還原劑，實現鍋爐煙氣全自動高效爐內脫硝。

以氨水溶液作為還原劑的總反應式[3]為:

(1)

1.2 氣相COA脫硝部分

氣相COA脫硝系統包括高壓氧氣輸送減壓系統、臭氧發生系統、脫硝劑存儲系統、脫硝劑輸送系統及脫硝劑噴射系統等。COA脫硝技術通過在循環流化床反應器內噴入一定量的臭氧，將煙氣中NO氧化成NO2后，再被吸收塔內的鈣吸收劑反應吸收。

氣相COA脫硝系統主要控制氧化劑(臭氧)的量和加入到循環流化床脫硝裝置內的消石灰量。氧化劑(臭氧)的添加量根據出口NO濃度來確定，消石灰的添加量由NO2的排放量調節。

COA脫硝工藝的基本原理為：循環流化床反應器側噴入的臭氧與NO反應，生成NO2，在吸收塔內，激烈湍動的消石灰流化床層，與擁有較大比表面積的消石灰和噴入的水幕接觸，形成局部濕潤的消石灰以促進吸附NO2，完成脫硝過程。

COA脫硝工藝的主要化學反應式[4]為：

Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+H2O

(2)

2 脫硝系統調試情況

2019年5月30日—6月13日，對1#、2#、3#爐進行查定,結果表明:NO氧化成NO2的氧化效果有差異，NO2吸收效果不夠理想。

2.1 脫硝效果

設計脫硫塔入口NOx質量濃度為150 mg/m3(干標，φ(O2)=6%，以NO2計)，經氣相COA脫硝后滿足NOx質量濃度≤50 mg/m3(干標，φ(O2)=6%，以NO2計)要求。但是實際運行情況為：試投運初期脫硫島入口NOx質量濃度<80 mg/m3時，脫硫島出口NOx質量濃度<50 mg/m3;此外，NO2較難控制，NOx質量濃度有所波動，波動時總NOx質量濃度有時>50 mg/m3;NO質量濃度最低僅能達到7～8 mg/m3。

2.2 消石灰耗量

設計脫硫脫硝合計消耗石灰質量流量≤1 t/h，查定期間，消耗石灰質量流量達到1.5 ～2 t/h時，氣相COA脫硝效果仍滿足不了設計要求。

2019年6月14日—21日，在前期查定的基礎上，從控制手段，即脫硫塔床層壓降控制、脫硫塔出口溫度控制、布袋除塵器灰斗料位控制、臭氧發生器運行模式、消石灰給料量控制、爐內脫硫、煤種選擇、鍋爐燃燒控制、SNCR投用等方面進行進一步參數優化,并對生石灰品質進行多次分析化驗，結果表明:氣相COA脫硝不達標的主要原因為生石灰品質不達標及消石灰比表面積不足;此外，煙氣中存在N2O對NOx排放有一定影響。

隨著生石灰、消石灰品質的不斷提升，參數的優化，NOx脫除要求滿足了進口NOx質量濃度(≤150 mg/m3)、出口NOx質量濃度(<50 mg/m3)的要求。

3 脫硝系統驗收情況

1#～3#爐脫硫脫硝性能數據見表1。

表1 脫硫脫硝性能數據

1#～3#爐能耗數據見表2。

表2 能耗數據對比

4 脫硝系統正常運行情況

4.1 排放情況

華誼化工鍋爐基本維持單爐70%負荷運行，氣相COA脫硝系統驗收后，脫硝一直采用SNCR+氣相COA運行模式，根據蕪湖市重污染天氣應急指揮部發布的污染天氣預警進行鍋爐排放指標的控制。重污染天氣時，NOx排放質量濃度穩定，達到排放要求(<50 mg/m3)，一般為30～50 mg/m3。

4.2 SNCR脫硝系統運行情況

華誼化工SNCR脫硝系統運行至今，還存在以下問題：

(1) 噴槍、噴頭磨損嚴重，使用周期短，一般使用壽命為2～3個月。

(2) 采用自行調配的氨水，氨水濃度變化較大，且在氣相COA脫硝系統投運時，對NOx排放質量的控制波動較大，將氨水質量分數穩定在10%～15%后，NOx質量濃度控制穩定。

4.3 臭氧發生器運行情況

臭氧發生器自投用以來，運行穩定，產量調整及時，氧氣耗量、電耗等均在設計范圍內，機組在70%負荷運行時，臭氧質量流量在15 kg/h左右。

5 結語

經過近1 a的運行觀察,得出以下結論：

(1) 通過SNCR+氣相COA脫硝系統結合使用，NOx排放質量濃度達到DB37/ 664—2019 《火電廠大氣污染物排放標準》的要求。

(2) 運行過程中對各操作有一定程序和要求:穩定氨水質量分數在10%～15%最佳;氨水使用前觀察霧化效果，在氨逃逸體積分數小于10×10-6下，盡可能多用氨水控制NOx質量濃度;臭氧的使用量由NO濃度控制，當NO濃度上升時，增加臭氧量，將NO轉化為NO2由消石灰和水在吸收塔通過半干法吸收。控制NO體積分數在10×10-6～20×10-6，NO2體積分數小于20×10-6。

(3) 對吸收NOx的消石灰也有要求，消石灰比表面積應大于15 m2/g，純度為80%以上。