雷鳴　郭強(qiáng)

摘 要：某熱電廠二期工程裝設(shè)3臺(tái)WGZ220/9.8-13型高溫高壓固態(tài)排渣煤粉鍋爐，自2013年12月起對(duì)3臺(tái)鍋爐實(shí)施了脫硫、脫硝和除塵改造。文章對(duì)改造工程中選擇尿素SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝的過(guò)程、建設(shè)和運(yùn)行情況等做出回顧和分析，提出在煤粉鍋爐上應(yīng)用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝的意見和建議。

關(guān)鍵詞：尿素；SNCR+SCR；聯(lián)合脫硝；煤粉鍋爐

某熱電廠二期工程裝設(shè)3臺(tái)WGZ220/9.8-13型高溫高壓固態(tài)排渣煤粉鍋爐，額定蒸發(fā)量220t/h，于2003年至2004年初相繼投入運(yùn)行。鍋爐燃料為陜西彬長(zhǎng)、黃陵及銅川礦區(qū)的煙煤，含硫量不大于1.8%。為滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的要求，自2013年12月起對(duì)3臺(tái)鍋爐實(shí)施脫硫、脫硝和除塵改造，2014年6月至9月相繼改造完畢并投入運(yùn)行。一年多來(lái)，3臺(tái)鍋爐始終處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，各項(xiàng)煙氣排放指標(biāo)均滿足新建工程的大氣污染物特別排放限值的要求。文章對(duì)改造工程中選擇尿素SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝的過(guò)程、建設(shè)和運(yùn)行情況等做出回顧和分析，供相關(guān)技術(shù)人員借鑒。

1 脫硝工藝的選擇

根據(jù)當(dāng)?shù)厥姓疀Q策，煙氣NOX排放濃度應(yīng)控制在100mg/Nm3之內(nèi)，按所在省環(huán)保廳發(fā)布的文件規(guī)定脫硝還原劑只能選擇尿素，業(yè)主確定裝置壽命期按10年考慮。

鍋爐原先未采取任何脫硝措施，根據(jù)環(huán)保監(jiān)測(cè)情況，確定設(shè)計(jì)初始NOX排放濃度為750mg/Nm3。考慮到燃煤揮發(fā)分較高，首選低氮燃燒改造，借鑒同煤質(zhì)電廠的改造經(jīng)驗(yàn)，確定爐膛出口NOX排放濃度保證值為350mg/m3。

煤粉鍋爐燃燒部位以后的常規(guī)脫硝工藝為SCR法，其脫硝反應(yīng)器需拉出布置在爐后。但本項(xiàng)目爐后與除塵器之間的距離較近，反應(yīng)器布置極為困難；其次，如采用SCR法，需為每臺(tái)鍋爐增設(shè)40余米高的鋼架吊掛反應(yīng)器，工程量和投資很大，業(yè)主的資金壓力較大；再次，由于施工場(chǎng)地狹小，采用SCR法必然與緊鄰的電除塵改造出現(xiàn)交叉施工，工期難以安排。

經(jīng)調(diào)研和論證，最終決定采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝解決上述難題。該工藝主要流程為：在850～1100℃溫度窗口，將尿素噴入爐膛或煙道，先把部分NOX還原成N2，此過(guò)程被稱為選擇性非催化還原（SNCR）；煙氣中剩余的NOX及尿素?zé)峤猱a(chǎn)生的NH3進(jìn)入后部煙道，在310℃～420℃溫度窗口和催化劑的作用下進(jìn)一步完成脫硝還原反應(yīng)，此過(guò)程被稱為選擇性催化還原（SCR）。就本項(xiàng)目而言，由于該工藝增加了SNCR處理環(huán)節(jié)，不需要設(shè)置NH3混合均流區(qū)，催化劑用量亦可減為一層，所以經(jīng)計(jì)算反應(yīng)器可以布置在既有鍋爐鋼架之內(nèi)，從而解決了場(chǎng)地布置困難和工期不足的問(wèn)題，經(jīng)詢價(jià)投資可減少1200萬(wàn)元以上。

2 尿素SNCR+SCR聯(lián)合脫硝裝置的建設(shè)和運(yùn)行情況

尿素SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝實(shí)施成功的關(guān)鍵在于：在鍋爐各種可能運(yùn)行工況下，SNCR和SCR反應(yīng)區(qū)域的煙氣溫度都能保持在各自溫度窗口的中間值附近。通過(guò)對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)資料和實(shí)際運(yùn)行工況的分析研究，最終方案為：SNCR反應(yīng)區(qū)域設(shè)置在過(guò)熱器煙道側(cè)，在煙氣溫度不同的位置各設(shè)一組尿素噴槍，通過(guò)切換噴槍來(lái)滿足反應(yīng)溫度要求；SCR反應(yīng)區(qū)域設(shè)置在高溫省煤器后，通過(guò)對(duì)高溫省煤器進(jìn)行改造，使該區(qū)域的溫度在鍋爐各種可能運(yùn)行工況下均滿足要求。

運(yùn)行證明上述方案實(shí)施的非常成功，煙氣NOX排放濃度完全控制在100mg/Nm3之內(nèi)，部分時(shí)間在50mg/Nm3之內(nèi)。前兩臺(tái)鍋爐在試運(yùn)行期間，先后因尿素滴液腐蝕發(fā)生爆管事故，經(jīng)有針對(duì)性的調(diào)整噴槍伸入位置和采取保護(hù)措施后，各爐運(yùn)行平穩(wěn)。

3 尿素SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析

3.1 SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝的技術(shù)分析

煙道內(nèi)的脫硝工藝就工作原理來(lái)講，都是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，將煙氣中的氮氧化物還原為氮?dú)?；其反?yīng)的完全程度（亦即脫硝效率）與反應(yīng)區(qū)域的煙氣溫度高低存在密切聯(lián)系，當(dāng)處于溫度窗口的中間值時(shí)脫硝效率最高，偏離時(shí)脫硝效率下降，如處于溫度窗口之外，則基本上沒(méi)有脫硝效果。

對(duì)于SCR脫硝工藝，尿素溶液首先在專用的熱解爐中熱解產(chǎn)生氨氣，然后將氨氣與煙氣混合均勻后在SCR反應(yīng)區(qū)域進(jìn)行還原反應(yīng)，因此只要該反應(yīng)區(qū)域的煙氣溫度處于溫度窗口的中間值附近，就可以保證脫硝效率。SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝則相對(duì)復(fù)雜，先后在 SNCR反應(yīng)區(qū)域和SCR反應(yīng)區(qū)域分別進(jìn)行還原反應(yīng)，要保證脫硝效率，必須使兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域的煙氣溫度都處于各自溫度窗口的中間值附近。煙氣溫度理論上和鍋爐負(fù)荷相對(duì)應(yīng)，但在實(shí)際運(yùn)行中，受煤質(zhì)、煤粉細(xì)度、氧量和燃燒調(diào)整等因素影響，煙氣溫度場(chǎng)分布不可避免會(huì)出現(xiàn)偏差，尤其是SNCR反應(yīng)區(qū)域的煙氣溫度變化更為劇烈、頻繁。對(duì)SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝而言，很難保證兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域的煙氣溫度都處于各自溫度窗口的中間值附近；往往這個(gè)區(qū)域合適了，那個(gè)區(qū)域又偏離了，現(xiàn)在合適了，轉(zhuǎn)瞬又偏離了。因此脫硫效率隨之不斷變化，煙氣NOX排放濃度變動(dòng)幅度較大且頻繁。對(duì)SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝而言，當(dāng)脫硫效率下降，煙氣NOX排放濃度較大時(shí)，除了切換尿素噴槍外，沒(méi)有其他及時(shí)有效的調(diào)控手段；煤粉鍋爐的運(yùn)行操作人員往往只能通過(guò)增加尿素噴入量來(lái)限制其上升幅度，而難以對(duì)反應(yīng)區(qū)域的煙氣溫度直接進(jìn)行控制。這樣一方面增加了尿素的消耗量（在煙氣NOX排放濃度指標(biāo)要求較高時(shí)尤其如此，與SCR法相比全年尿素消耗量高出一倍左右）；另一方面部分反應(yīng)不完全的尿素及其熱解產(chǎn)物吸附在飛灰上排出爐外，影響飛灰的品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并最終進(jìn)入環(huán)境對(duì)其產(chǎn)生負(fù)面影響。

同時(shí)，對(duì)于SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，尿素溶液噴入鍋爐前需要再次用水稀釋，稀釋后的尿素濃度平均在10%左右，其中的水分進(jìn)入鍋爐后將吸收熱量汽化，這樣就對(duì)鍋爐造成了一定的熱損失。SCR法固然也存在類似的問(wèn)題，但該工藝進(jìn)入系統(tǒng)的一般是不經(jīng)稀釋的尿素溶液，尿素濃度在40%左右，水的含量要小得多，相應(yīng)的熱損失就小得多。與SCR法相比，采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝鍋爐效率降低0.6%左右，表現(xiàn)為鍋爐在相同工況下的耗煤量增大。

綜上所述，與SCR法相比，SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝的對(duì)負(fù)荷變化、煤質(zhì)變化的適應(yīng)性相對(duì)較差，能耗較大，對(duì)環(huán)境的影響較為不利。

3.2 SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝的經(jīng)濟(jì)分析

與SCR法相比，SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝一般不需要設(shè)置熱解爐和脫硝反應(yīng)器鋼架，初投資低30%左右。從運(yùn)行成本來(lái)說(shuō)，SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝的尿素和燃煤的消耗量大，但電耗低，相抵后與SCR法相比運(yùn)行成本仍明顯偏高。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于裝置壽命期較短的鍋爐改造項(xiàng)目、季節(jié)性運(yùn)行的鍋爐、調(diào)峰和備用鍋爐，固定資產(chǎn)折舊費(fèi)在成本費(fèi)用中的占比較大。而SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝的初投資低，相應(yīng)的折舊費(fèi)較低，此時(shí)在經(jīng)濟(jì)性上占有一定優(yōu)勢(shì)。

4 意見和建議

對(duì)于裝置壽命期較短的煤粉鍋爐改造項(xiàng)目、季節(jié)性運(yùn)行的煤粉鍋爐、調(diào)峰和備用煤粉鍋爐，建議根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，選擇SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝與其他脫硝工藝進(jìn)行綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，確定最佳的脫硝技術(shù)方案。根據(jù)我們的調(diào)研、論證和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該工藝如要在煤粉鍋爐上成功應(yīng)用，應(yīng)同時(shí)具備以下條件：（1）環(huán)保要求不能太高，煙氣NOX排放濃度控制指標(biāo)不應(yīng)小于100mg/Nm3。（2）鍋爐負(fù)荷應(yīng)穩(wěn)定，鍋爐在運(yùn)行中的蒸發(fā)量不宜低于額定值的70%。（3）燃煤的煤質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定，發(fā)熱量的偏差不宜大于設(shè)計(jì)值的10%，揮發(fā)分的偏差不宜大于設(shè)計(jì)值的20%。

作者簡(jiǎn)介：雷鳴（1980-），男，陜西省延長(zhǎng)縣人，職稱：工程師，學(xué)歷：碩士研究生，主要研究方向：熱力工程、節(jié)能環(huán)保。