SNCR+SCR聯合脫硝技術在循環流化床鍋爐超低排放改造中的運用
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摘 要：山西汾西礦業（集團）有限責任公司發電廠對原有2×220t/h循環流化床機組脫硝進行改造，改造后脫硝效率達到超低排放標準。本著重闡述SNCR+SCR聯合脫硝技術在本鍋爐改造上的實踐經驗，對其他電廠脫硝改造起借鑒作用。
關鍵詞：循環流化床鍋爐;SCR;SNCR;省煤器
根據《晉中市大氣污染防治2017年行動計劃》，汾西礦業集團發電廠對現有2X220t/h循環流化床鍋爐已建SNCR脫硝系統進行改造，改造省煤器為H型鰭片型省煤器，新建SCR脫硝系統，達到NOx排放濃度小于50mg/m3的超低排放標準。
1 循環流化床SNCR+SCR聯合脫硝技術發展情況
循環流化床鍋爐具有低NOx排放，可燃用劣質燃料等優勢，在中小機組中得到大量應用。據統計，我國現有不同容量的循環流化床鍋爐近3000臺，約63000MW的容量投入商業運行，占電力行業中鍋爐總臺數的1/3。
在采用低氮燃燒措施下，循環流化床鍋爐的NOx排放可以控制在200mg/m3以內。由于循環流化床本身NOx排放濃度比較低，目前脫硝主要采用SNCR工藝，SNCR+SCR聯合脫硝技術運用案例還較少。但隨著環保要求的日益嚴格，SNCR工藝已經不能滿足NOx超低排放要求。SCR脫硝工藝雖然能滿足脫硝效率，但是和SNCR+SCR聯合脫硝技術比較而言，SCR脫硝技術具有投資高、運行費用較高、占用爐后空間大等缺點，也不適合循環流化床機組脫硝改造。
2 幾種脫硝工藝介紹
2.1 SNCR脫硝
SNCR是指在無催化劑的作用下，在適合脫硝反應的“溫度窗口”內噴入還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮氣和水。本采用爐內尿素作為還原劑還原NOx。還原劑只和煙氣中的NOx反應，一般不與氧反應，該技術不采用催化劑，所以這種方法被稱為選擇性非催化還原法（SNCR）。
主要反應如下：
4NH3+4NO+4O2→4N2+6H2O;
NO2+NO+2NH3→2N2+3H2O;
6NO2+8NH3→7N2+12H2O;
由于該工藝不用催化劑，因此必須在高溫區加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850～1100℃的區域，NH3與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O。本工程循環流化床鍋爐分離器、進出口煙道等部位的溫度在800～900℃之間，正好SNCR的最佳反應溫度窗口。在980℃條件下SNCR的脫硝效率達到最大，在此溫度下N2O生成量隨氨氮摩爾比提高的增加程度最大，為了保證脫硝效率同時降低氨泄漏和N2O的生成，氨氮摩爾比在1～1.5范圍內較為合適。
2.2 SCR脫硝工藝
SCR的原理是在300～410℃條件下，還原劑NH3在催化劑作用下將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發生NH3的氧化反應，從而提高N2的選擇性，減少了NH3的消耗。
主要反應如下：
4NH3+4NO+4O2→4N2+6H2O
2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
2.3 SNCR+SCR聯合脫硝工藝
為了充分發揮SNCR的低成本和SCR高效率的優勢，充分利用SNCR逃逸的氨氣，本電廠采用SNCR+SCR聯合工藝進行脫硝：先將還原劑噴入旋風分離器出入口水平煙道，在高溫下還原劑與煙氣中的氮氧化物發生還原反應，初步脫硝后，未反應完全的還原劑進入設在上下級省煤器之間的SCR反應器，在有催化劑參與的情況下進一步脫除氮氧化物。SNCR 的脫除效率雖然相對較低，但本項目通過延長還原劑在系統內的停留時間，并提高與煙氣的混合程度，使脫硝率超過了60%。SNCR/SCR聯合脫硝效率可達到87.5%。今后SNCR+SCR聯合脫硝工藝必將是循環流化床脫硝改造首選工藝。
3 SNCR+SCR聯合脫硝改造方案
3.1 SNCR改造方案
本電廠脫硝系統采用SNCR+SCR聯合技術，還原劑為5%的尿素溶液。尿素存儲和溶液制備區按2臺鍋爐設計，每臺鍋爐設置一套尿素溶液稀釋及噴射系統。
尿素溶液儲存及制備系統利用原SNCR系統的原設備，更換了流量較低的尿素溶液供給泵、更換了不合適管路和增加了噴槍的數量后，基本能達到SNCR的脫硝效率的要求。
3.2 SCR改造方案
本次改造將原第一、三級省煤器重新布置，去第二級省煤器。在新的兩級省煤器之間布置SCR裝置，同時在省煤器和SCR裝置之間保留合理的檢修空間。第一、三級省煤器因空間受限需將受熱面改造為H型鰭片管，管子上的H型鰭片為擴展受熱面，增大了受熱面管的實際傳熱面積，使在現有煙道內有限的空間中增加受熱面成為可能。同時由于H型鰭片管特殊的結構形式，可改變該區域的煙氣流場，具有更好的自吹灰能力和防磨能力。同時由于H型鰭片管，降低煙氣流通面積，提高煙氣速度，增大了傳熱系數，增大了傳熱量，降低了煙氣出口溫度，提高鍋爐效率。
4 改造效果
2017 年10 月實施的山西汾西礦業（集團）有限責任公司發電廠2×220t/h循環流床鍋爐脫硝超低排放技術改造，并順利投入運行，2018年3月，經測試結果表明，在鍋爐負荷為2×220t/h時，反應器出口NOx濃度僅為15.17mg/Nm3，除塵效率達到87.5%，效果極為顯著，該項目是SNCR+SCR聯合脫硝技術成功應用的一個案例。
5 結論
通過NCR+SCR聯合脫硝技術的運用，既解決了循環流化床超低排放項目改造過程中爐后空間狹小的問題，又使得改造費用大為降低。同時，由于脫硝系統阻力較小，整個系統運行費用較低，發生的堵塞風險比較小。改造后NOx排放濃度僅為15.17mg/Nm3，遠低于環保要求的排放標準，效果顯著?？蔀槠渌姀S提供超低排放改造提供借鑒。
參考文獻：
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