卜曉光　張　勇

（蘭州石化公司化肥廠，甘肅 蘭州 730060）

化肥廠燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)改造

卜曉光張勇

（蘭州石化公司化肥廠，甘肅 蘭州 730060）

通過(guò)工程實(shí)例介紹了燃煤鍋爐低NOx燃燒、選擇性非催化還原（SNCR）、選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)脫硝工程改造后的主要影響提出了一些運(yùn)行優(yōu)化的措施。

脫硝；低NOx燃燒；選擇性非催化還原；選擇性催化還原；催化劑

根據(jù)國(guó)家環(huán)保部相關(guān)要求，自2014年7月1日起，重點(diǎn)地區(qū)的火力發(fā)電燃煤鍋爐執(zhí)行煙塵≤20mg/m3，SO2≤50mg/m3，NOx≤100mg/ m3。蘭州石化公司化肥廠目前有3臺(tái)煤粉鍋爐，其中A、B兩臺(tái)為東方鍋爐廠產(chǎn)品，單臺(tái)鍋爐額定出力145t/h，蒸汽壓力10.5MPa，蒸汽溫度495℃；C鍋爐為上海鍋爐廠產(chǎn)品，額定出力220t/h，蒸汽壓力9.8MPa，蒸汽溫度540℃。3臺(tái)鍋爐均為倒U型結(jié)構(gòu)，燃燒器四角布置，切向燃燒。鍋爐建設(shè)時(shí)未配套建設(shè)脫硝設(shè)施。

蘭州石化公司于2014年初對(duì)3臺(tái)鍋爐實(shí)施了脫硫、脫硝、除塵工程技術(shù)改造。其中脫硝改造項(xiàng)目由于現(xiàn)場(chǎng)空間狹小，為滿足環(huán)保要求，改造分為3個(gè)部分：一是低NOx燃燒系統(tǒng)改造；二是鍋爐折焰角處新增SNCR（選擇性非催化還原）脫硝設(shè)施，三是在尾部煙道上增加SCR（選擇性催化還原）脫硝設(shè)施。脫硝改造技術(shù)指標(biāo)為：通過(guò)低NOx燃燒改造，將NOx控制在≤300mg/m3；通過(guò)SNCR改造，將NOx控制在≤180mg/m3；通過(guò)SCR改造將NOx減排至≤100mg/m3，滿足環(huán)保要求。脫硝裝置的氨逃逸不大于3mg/m3，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。

一、低NOx燃燒系統(tǒng)改造

化石燃料與空氣在高溫燃燒時(shí)產(chǎn)生的NOx主要包括：一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、氧化二氮（N2O）等。在NOx中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%～10%。按生成機(jī)理的不同分為三類：熱力型、快速型和燃料型，其中燃料型占60%～95%。

利用改變?nèi)紵龡l件的方法來(lái)降低NOx的排放，統(tǒng)稱為低氮燃燒技術(shù)。低氮燃燒的基本原則是控制燃燒溫度以減少“熱力”型NOx的生成，和（或）減少燃料氮與燃燒空氣中氧的混合，通過(guò)形成富燃區(qū)域?qū)⑷剂螻Ox還原成N2，以減少“燃料”型NOx，在煤熱解完成后，再將二次風(fēng)分級(jí)送入以完成焦炭燃燒。

燃煤鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造包括兩個(gè)方面：一是選用低NOx燃燒器，二是在燃燒器布置上強(qiáng)化空氣分級(jí)系統(tǒng)（包括空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)等）。

蘭州石化公司低氮燃燒采用ROFA（旋轉(zhuǎn)對(duì)沖燃燼風(fēng)）技術(shù)，該技術(shù)屬于增壓風(fēng)分級(jí)低氧低氮燃燒技術(shù)范疇，改造同時(shí)對(duì)鍋爐燃燒器原二次風(fēng)噴口進(jìn)行改造。

ROFA系統(tǒng)從鍋爐二次風(fēng)中抽出約30%的總風(fēng)量，一部分風(fēng)送入爐膛上部空間，另一部分風(fēng)經(jīng)過(guò)ROFA風(fēng)機(jī)升壓后，通過(guò)布置在爐墻上的多個(gè)特殊設(shè)計(jì)的噴口集成箱送入爐膛上部空間，使?fàn)t內(nèi)的混合和湍流得到了極大的提高。噴口集成箱處的高動(dòng)能射流產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)渦流，打破了爐內(nèi)的大片層狀流動(dòng)，這將使得爐內(nèi)的溫度場(chǎng)和物料場(chǎng)分布更為均勻。從而改善了爐內(nèi)的煙氣溫度分布，物料分布，熱量吸收，CO的氧化和爐膛上部燃料的燃燼，使得爐膛的整個(gè)容積在燃料的燃燒過(guò)程中得到了更為充分的利用。

因ROFA的分級(jí)燃燒降低了火焰中心的溫度和O2含量，并還原了部分已生成的NOx，從而達(dá)到了控制燃料型NOx和熱力型NOx的目的。

ROFA通過(guò)再次分配鍋爐的部分燃燒空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)爐膛分級(jí)燃燒，主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）減少爐膛橫截面上的溫度偏差。

（2）爐膛橫截面上燃燒產(chǎn)物的分布更加均勻。

（3）增加燃料/空氣的混合，接觸和反應(yīng)時(shí)間。

（4）增加未燃燼物在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間。

二、鍋爐折焰角處新增SNCR脫硝設(shè)施

SNCR是指無(wú)催化劑的作用下，在適合脫硝反應(yīng)的“溫度窗口”內(nèi)噴入還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無(wú)害的氮?dú)夂退?。該技術(shù)一般采用爐內(nèi)噴氨、尿素或氫氨酸作為還原劑還原NOx。還原劑只和煙氣中的NOx反應(yīng)，一般不與氧反應(yīng)，由于該工藝不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑，與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2和水。

本項(xiàng)目采用NH3作為還原劑，SNCR是在鍋爐折焰角800～1100℃這一狹窄的溫度范圍內(nèi)，利用RotamixTM高速風(fēng)增濕噴射器，注入7%氨水與煙氣中的NO反應(yīng)生成N2和H2O。Rotamix風(fēng)機(jī)系統(tǒng)能更好的把氨水推入到爐膛深處，更有效促進(jìn)氨與NOx反應(yīng)。Rotamix風(fēng)系統(tǒng)的主要作用是：

（1）利用該風(fēng)的強(qiáng)大流量和風(fēng)速把氨水送入爐膛中橫向煙氣流的深處。讓氨水與煙氣更充分的混合，提高反應(yīng)效率和氨的利用率。

（2）對(duì)噴槍起到了冷卻作用，在SNCR整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，保護(hù)噴槍不被高溫?zé)龎摹?/p>

三、尾部煙道新增SCR脫硝設(shè)施

SCR脫硝技術(shù)是在催化劑作用下，向溫度約280 ～420℃的煙氣中噴入氨，將NO和NO2還原成N2和H2O。SCR煙氣脫硝技術(shù)的關(guān)鍵是選擇優(yōu)良的催化劑。催化劑分為蜂窩式、板式和波紋式SCR脫硝催化劑等形式。

本項(xiàng)目采用蜂窩式催化劑，其主要成分是以TiO3、V2O5、WO3等。由于現(xiàn)場(chǎng)空間限制，催化劑采用1+1布置，采用伸縮耙式蒸汽吹灰系統(tǒng)。

還原劑是利用Rotamix系統(tǒng)中未反應(yīng)的NH3，這樣有兩個(gè)好處，一方面，可以增加Rotamix系統(tǒng)的氨氮比，提高系統(tǒng)的脫硝率，另一方面，簡(jiǎn)化了SCR的布置。SCR脫硝裝置使鍋爐煙氣側(cè)阻力增加，因此對(duì)引風(fēng)機(jī)同時(shí)進(jìn)行了改造，提高其壓頭。全脫硝反應(yīng)流程示意如下圖1所示。

四、改造后的運(yùn)行效果

改造后，鍋爐投入正常運(yùn)行。2014年9月，組織對(duì)裝置進(jìn)行了168h的標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果表明，鍋爐主要工藝指標(biāo)受控，NOx達(dá)到環(huán)保排放要求，逃逸氨達(dá)到技術(shù)協(xié)議要求。其NOx數(shù)據(jù)曲線如下圖2～4所示。

圖3　B鍋爐SCR反應(yīng)器出入口NOx

五、結(jié)語(yǔ)

蘭州石化公司化肥廠通過(guò)對(duì)3臺(tái)鍋爐脫硝工程的改造，有效地降低了NOx排放量，同時(shí)也給鍋爐運(yùn)行帶來(lái)了一些問(wèn)題，如過(guò)熱器結(jié)焦積灰加劇、煙道阻力增大等，這些都為需要脫硝改造的鍋爐提供了一定的參考經(jīng)驗(yàn)。

圖4　C鍋爐SCR反應(yīng)器出入口NOx

X701.3

B

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（2015-07-15）