趙雨

一、項目概況

電廠隸屬于平頂山煤業(yè)集團，是以煤泥、洗中煤、煤矸石等劣質(zhì)煤為燃料的綜合利用電廠。一期工程為55MW凝汽式汽輪機組，配套230t/h煤粉爐，于1996年投產(chǎn)運行。因裝機容量過小，2005年被河南省政府列入河南省小機組關(guān)停名單，現(xiàn)已停運。二期工程60MW機組，配套300t/h循環(huán)流化床鍋爐，于2003年7月開工建設(shè)，2006年3月底建設(shè)完工投入試生產(chǎn)，年供電量約4.0億千瓦時，同時坑口電廠作為新城區(qū)居民供暖、十一礦等礦區(qū)供熱熱源單位。本脫硝方案僅針對二期工程60MW機組配套的300t/h循環(huán)流化床鍋爐。

二、設(shè)計原則

1.NOx排放濃度和排放量必須滿足國家和當(dāng)?shù)卣沫h(huán)保要求；2.脫硝工藝要適用于工程已確定的煤種條件，并考慮燃煤來源的變化可能性；3.脫硝工藝要做到技術(shù)成熟、設(shè)備運行可靠；4.根據(jù)工程的實際情況盡量減少脫硝裝置的建設(shè)投資、運行費用；5.脫硝裝置應(yīng)布置合理；6.還原劑要有穩(wěn)定可靠的來源；7.還原劑、水和能源等消耗少，盡量減少運行費用；8.脫硝裝置檢修和維護費用小。

三、工藝比選

坑口電廠2#鍋爐為循環(huán)流化床鍋爐，由于采用分級送風(fēng)燃燒，對熱力型NOx的生成起到了很好的抑制作用，故與煤粉爐相比，循環(huán)流化床鍋爐本身具備了低氮燃燒技術(shù)。本方案考慮采用SNCR方法進行爐內(nèi)脫硝，比選原因如下：

1.循環(huán)流化床鍋爐煙氣含塵量高，易造成催化劑堵塞，2.2#鍋爐的爐內(nèi)脫硫生成的CaO也會毒化催化劑，因此不適宜選用SCR方法，3.循環(huán)流化床爐膛溫度剛好符合SNCR反應(yīng)所需溫度，4.SNCR 對其他系統(tǒng)的維護運行（如空氣預(yù)熱器和集塵器） ，都不產(chǎn)生干擾及增加阻力，5.現(xiàn)場空間位置不足以布置SCR反應(yīng)器，6.SCR造價約為SNCR造價的3～5倍，喪失了CFB鍋爐的固有優(yōu)勢。

存在問題：2#爐負荷變化大，鍋爐符合波動影響爐內(nèi)溫度波動，對脫硝反應(yīng)穩(wěn)定性不利。

解決方案：在爐膛內(nèi)不同高度處安裝噴射器，以保證在適當(dāng)?shù)臏囟葒娙敕磻?yīng)劑。

四、SNCR工藝設(shè)計關(guān)鍵

本方案SNCR設(shè)計原始參數(shù)：煙氣流量4.5×105m3/h，煙氣NOx濃度含量350mg/m3，爐膛煙溫850-900℃，煤質(zhì)分析：見前述。

（一）還原劑的選擇

根據(jù)前述對三種還原劑的比較，綜合考察，國內(nèi)SNCR多采用尿素為還原劑，集團內(nèi)部多家化工廠生產(chǎn)尿素，來源廣泛，便于集團內(nèi)部協(xié)同發(fā)展。

（二）還原劑噴入位置優(yōu)化

1.分離器入口煙溫在800～900℃之間，恰好處于SNCR 反應(yīng)的最佳溫度范圍；避免出現(xiàn)NH3氧化反應(yīng)問題。2.分離器內(nèi)氣體流動路徑較長，還原劑在反應(yīng)區(qū)獲得較長時間的停留，煙氣在旋風(fēng)分離器內(nèi)的停留時間為1.5～2.5s，根據(jù)試驗和工程實際可知，較長的停留時間有助于脫硝反應(yīng)的充分進行。3.分離器內(nèi)煙氣旋流強烈，有助于尿素溶液的快速擴散。4.循環(huán)灰中的部分成分對SNCR 反應(yīng)具有一定的催化作用。

因此本SNCR 系統(tǒng)設(shè)計的基本思路是：向CFB 鍋爐旋風(fēng)分離器的合適位置，噴入合適用量的還原劑溶液，以實現(xiàn)較高的脫硝效率及較低的氨泄漏量。

（三）還原劑用量

根據(jù)河南省環(huán)境監(jiān)測總站所做驗收監(jiān)測數(shù)據(jù)及平頂山市環(huán)境監(jiān)測中心站所做監(jiān)督性監(jiān)測數(shù)據(jù)，NOx排放量按最大量核算

最大煙氣量：4.5×105m3/h，氮氧化物濃度：350mg/m3，氮氧化物排放量為：4.5×105m3/h×350mg/m3=157.5kg/h。

設(shè)計脫硫效率50%，氨氮比1.3，尿素溶液質(zhì)量濃度取50%，根據(jù)總反應(yīng)方程式：2CO（NH2）2+4NO+O2=4N2+2CO2+4H2O

（四）噴嘴參數(shù)設(shè)計

2#鍋爐兩臺旋風(fēng)分離器，則每臺旋風(fēng)分離器尿素質(zhì)量流量為66.78 kg/h，根據(jù)相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，噴嘴數(shù)在3-4 個為宜，且應(yīng)保證每個噴嘴流量不小于20kg/h。，由此設(shè)計出每臺旋風(fēng)分離器噴嘴3個，流量為22.26 kg/h.

（五）氨氮摩爾比及氨逃逸量核算

根據(jù)相關(guān)研究文獻報道，SNCR系統(tǒng)氨氮摩爾比多在1-1.5之間，NH3/NO摩爾比過大，雖然有利于NOx還原率增大，但氨逃逸加大又會造成新的問題，同時還增加了運行費用。隨著氨水噴入量的增加，氨水與煙氣的混合情況有所好轉(zhuǎn)，因此在高NH3/NO摩爾比值情況下取得了好的效果。在實際應(yīng)用中考慮到NH3的泄漏問題，應(yīng)選盡可能小的NH3/NO摩爾比值，同時為了保證NO還原率，要求必須采取措施強化氨水與煙氣的混合過程。為保證脫硝效率，本設(shè)計取NSR為1.3，依據(jù)此NSR值，核算系統(tǒng)氨逃逸量，如果不符合要求，需重新修訂NSR值。

（六）SNCR系統(tǒng)工程組成

1.尿素貯存、溶解系統(tǒng)。系統(tǒng)所需尿素由集團化工廠提供，采用汽車運輸至廠區(qū)，進入固體尿素儲存?zhèn)}作為臨時儲存和緩沖，尿素筒倉設(shè)置成錐形低立式碳鋼罐，設(shè)置熱風(fēng)流化裝置和振動下料裝置，防止固體尿素吸潮、架橋及結(jié)塊堵塞。尿素筒倉貯存量按3天用量考慮，設(shè)計貯存量5噸，倉體體積4m3。設(shè)計一座尿素溶解罐，尿素由筒倉自動振動下料至溶解罐內(nèi)配置成質(zhì)量濃度為50%的尿素溶液，溶解罐采用不銹鋼制造，內(nèi)設(shè)攪拌裝置，設(shè)自動計量裝置控制進入溶液水量。

2.尿素溶液貯存系統(tǒng)。溶液罐內(nèi)的尿素溶液經(jīng)由尿素溶液給料泵進入尿素溶液儲罐，按照規(guī)范要求，本科研設(shè)計2座尿素溶液儲罐，總體積按照尿素溶液5天用量考慮（16噸），儲罐體積按16m3考慮，每個儲罐8m3設(shè)計，儲罐采用玻璃鋼或不低于304的不銹鋼制造，設(shè)有通風(fēng)孔、液位表、溫度表口和排放口。由于尿素溶液是吸熱過程，50%的尿素溶液結(jié)晶溫度是16.7℃，因此尿素儲罐需配置伴熱裝置，防止尿素溶解后再結(jié)晶。

3.在線稀釋系統(tǒng)。為保證尿素溶液霧滴在分解爐內(nèi)的覆蓋范圍及運行的穩(wěn)定性，需要將尿素溶液稀釋后才能噴入爐中（稀釋成10%濃度）。系統(tǒng)配置有稀釋水罐和水泵，罐內(nèi)去鹽水通過水泵加壓后輸送到靜態(tài)混合器，尿素溶液與稀釋水在混合器內(nèi)均勻混合成10%左右的尿素溶液。在混合器后設(shè)有流量計，計量噴入的尿素溶液量。系統(tǒng)配置兩臺水泵，一用一備。

4.噴射系統(tǒng)。由混合器來的稀尿素溶液通過調(diào)節(jié)閥組，分別進入兩臺旋風(fēng)分離器，準(zhǔn)確地將定量的尿素溶液分配給各個噴嘴。噴嘴采用雙流體噴嘴，尿素溶液在壓縮空氣的作用下，被霧化成極小的霧滴。霧滴被噴入分解爐內(nèi)，在爐內(nèi)蒸發(fā)、分解成NH3，高溫下NH3與煙氣中NOx反應(yīng)，生成N2與水，從而脫除煙氣中的NOx。

噴射系統(tǒng)根據(jù)分離器出口的NOx濃度來控制噴尿素量，將煙氣在線監(jiān)測儀的檢測數(shù)據(jù)輸送到PLC中，PLC根據(jù)NOx濃度調(diào)整噴入的尿素溶液量，使NO排放濃度達到環(huán)保要求。

五、項目實施意義

類比國內(nèi)外同類工程投資，本項目投資估算為600萬，待河南省脫硝電價出臺后，可享受0.08元/kwh的脫硝電價，此一項年可收益320萬元，兩年脫硝電價即可抵回投資成本，經(jīng)濟效益顯著。本項目實施后年可減少氮氧化物排放680.4噸，具有良好的環(huán)境效益。減少氮氧化物排污費支出43萬元。endprint