秦光耀

（鄭州電力高等?？茖W(xué)校 河南鄭州 450000）

煤炭是我國主要的能源資源，目前及今后很長一段時(shí)間，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會有根本的改變。在我國消費(fèi)的煤炭中，70%以上是以燃燒方式消耗的，其中燃煤電站是主力軍，燃煤鍋爐燃燒產(chǎn)生煙氣中的NOx是人為NOx源的主要來源之一。因此，了解燃煤電站NOx的減排方法，實(shí)現(xiàn)NOx排放的有效控制，是實(shí)現(xiàn)國家減排任務(wù)的重要工作。在GB 13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中，對現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐污染物排放限值要求見表1：

表1 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)有的循環(huán)流化床鍋爐火電廠與在建的電廠,到2014年7月1日起都將執(zhí)行表中規(guī)定的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值。

目前,燃煤電站對氮氧化物（NOx）的控制主要有三種方法：①燃料脫硝；②改進(jìn)燃燒方式和生產(chǎn)工藝，在燃燒中脫硝；③煙氣脫硝，即燃燒后NOx控制技術(shù)。前兩種方法是減少燃燒過程中NOx的生成量，第三種方法則是對燃燒后煙氣中的NOx進(jìn)行治理。燃料脫硝技術(shù)也就是燃燒前對NOx產(chǎn)生的控制，將含氮較高的燃料煤轉(zhuǎn)化為低氮燃料，就目前的技術(shù)來說，難度很大，成本也很高，很難實(shí)現(xiàn)；改進(jìn)燃燒方式和工藝其主要方法是通過運(yùn)行方式的改進(jìn)或?qū)θ紵^程進(jìn)行特殊控制，抑制燃燒過程中NOx的生成反應(yīng)，從而降低NOx的最終排放量；煙氣脫硝,即把煙氣中己生成的NOx還原為N2,其主要包括選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)和選擇性催化還原(SCR)技術(shù)等。

目前對于燃煤鍋爐有兩種主流的煙氣脫硝技術(shù)——SCR與SNCR。

SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原）技術(shù)是利用氨對NOx的還原功能，在300～500℃條件下，利用催化劑將NOx還原為N2和水。

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，選擇性非催化還原）技術(shù)是利用氨與NOx在900～1100℃的高溫下自發(fā)反應(yīng)，將NOx還原為N2和水。

考慮到循環(huán)流化床鍋爐原始NOx排放水平較低，SNCR系統(tǒng)由于設(shè)備簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉，因此更適宜于循環(huán)流化床鍋爐電廠。

1 設(shè)備簡介

某電廠采用480t/h超高壓、再熱、自然循環(huán)、循環(huán)流化床鍋爐,2009年發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為 340.3 g/kW·h，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為379.3g/kW·h，鍋爐熱效率為90.99%，全廠熱效率為35.4%，萬元產(chǎn)值綜合能耗為1.02噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

該電廠2#爐煤樣工業(yè)與元素分析結(jié)果如表2所示。該煤種屬于高灰分、低固定碳的劣質(zhì)煤，熱值很低。其具體工業(yè)與元素分析結(jié)果如表2所示。

表2 某電廠2#爐煤樣工業(yè)與元素分析

2#鍋爐在2012年加裝了SNCR脫硝系統(tǒng),系統(tǒng)使用尿素為還原劑，主要包括尿素溶液配制和儲存系統(tǒng)、尿素溶液輸送系統(tǒng)、尿素溶液分配和噴射系統(tǒng)3部分。

尿素溶液配制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)尿素儲存、溶液配制和溶液存放的功能。尿素溶液輸送系統(tǒng)根據(jù)鍋爐負(fù)荷、NOx排放濃度及氨逃逸等情況在線通過變頻器控制計(jì)量泵把尿素溶液通過管道輸送到分流箱處。尿素溶液分配及噴射系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各噴射點(diǎn)的尿素溶液的均勻分配，霧化噴射的氣液比控制，保證尿素溶液能夠適量并均勻覆蓋整個(gè)煙氣流道達(dá)到與煙氣良好混合的目的。在900～1150℃煙氣溫度區(qū)域,由上至下分4層共布置了8支墻式尿素溶液雙霧化噴槍，每只噴槍覆蓋一米的噴射范圍。墻式尿素溶液雙霧化噴槍采用雙流體霧化噴嘴,噴槍將還原劑溶液輸送到機(jī)械錐形霧化噴嘴，還原劑本身的壓力通過錐形噴嘴機(jī)械霧化，霧化后還原劑在壓縮空氣的帶動下通過扇形空氣霧化噴嘴進(jìn)行二次霧化，以扇面的形狀高速噴向煙道內(nèi)，很快與煙氣均勻混合。尿素溶液壓力約0.3～0.4MPa,壓縮空氣壓力約0.3～0.6MPa。當(dāng)脫硝系統(tǒng)停止時(shí)，可以通過套管吹入壓縮空氣，冷卻噴槍。當(dāng)脫硝系統(tǒng)長期不用時(shí)，可以通過快速法蘭，方便地從套管中抽出，退出鍋爐以避免受熱損壞。

2 脫硝原理

所謂SNCR技術(shù)，就是在不采用催化劑的情況下，在爐膛(或循環(huán)流化床分離器)內(nèi)煙氣適宜處均勻噴入氨或尿素等氨基還原劑，還原劑在爐中迅速分解，與煙氣中的NOx反應(yīng)生產(chǎn)N2和H2O．而基本不與煙氣中的氧氣發(fā)生作用的技術(shù)。SNCR反應(yīng)控制在很窄的煙氣溫度范圍對應(yīng)的爐膛位置進(jìn)行。

使用氨作為還原劑、氨還原NO的化學(xué)反應(yīng)，總包反應(yīng)為

使用尿素作為還原劑，尿素還原NOx的反應(yīng)，總包反應(yīng)為

當(dāng)溫度過高超過反應(yīng)溫度范圍時(shí),氨就會被氧化成NO x

因此，還原劑噴入點(diǎn)選擇非常嚴(yán)格滿足兩點(diǎn)：一是溫度合適、二是混合良好。

3 性能考核試驗(yàn)

2013年3月完成了2#鍋爐的SNCR脫硝改造,試運(yùn)行后進(jìn)行了SNCR脫硝性能考核試驗(yàn)。采用MCA04-M多組分高溫分紅外煙氣分析儀測量。該分析儀利用高溫紅外吸收原理（其中O2測量采用氧化鋯電化學(xué)法），氣體池額定工作溫度為185℃，能夠在露點(diǎn)溫度之上同時(shí)測量含水煙氣中 NH3、CO、NO、NO2、N2O、SO2、H2O、CO2、O2等組分濃度。由于鍋爐原始NOx排放濃度較低（小于100mg/m3），為驗(yàn)證該SNCR系統(tǒng)在高原始NOx排放條件下的運(yùn)行效果，測試過程中從爐膛頂部注入純NO氣體并調(diào)節(jié)注入量，以測試相應(yīng)SNCR系統(tǒng)性能。

表3 2#爐煙氣氮氧化物測量值及對應(yīng)工況

本次測試歷時(shí)3天，針對480tCFB鍋爐，重點(diǎn)進(jìn)行了SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)調(diào)試。得到以下結(jié)論：

3.1 該煤種由于揮發(fā)分含量較低，且爐溫控制較低，NOx整體排放水平較低，可以自然實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。隨著爐溫和氧量的增加，NOx排放增加，但敏感性較差，整體變動范圍在50～70mg/m3。

3.2 測試過程中從爐膛頂部注入純NO氣體并調(diào)節(jié)注入量，以測試相應(yīng)SNCR系統(tǒng)性能。各工況下SNCR脫硝效率為45%～67%，并且在尾部煙道并未觀測到NH3逃逸。

4 結(jié)語

4.1 循環(huán)流化床鍋爐選用SNCR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)很低的NOx排放值，滿足最嚴(yán)格的NOx排放法規(guī)要求。

4.2 循環(huán)流化床鍋爐噴氨水或尿素的SNCR系統(tǒng)簡單，高效，安全，可靠。

4.3 循環(huán)流化床鍋爐的SNCR系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性方面的表現(xiàn)出色。

因此，循環(huán)流化床鍋爐噴氨水或尿素的SNCR系統(tǒng)是一種值得推廣的煙氣脫硝技術(shù)，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。且設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化,為國內(nèi)同類燃煤鍋爐脫硝改造提供了很好的借鑒。

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