合成氨自備鍋爐選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)運行總結(jié)

尚衛(wèi)平，宋仁委，周 翔，吳 培

(河南心連心化肥有限公司，河南新鄉(xiāng) 453731)

河南心連心化肥有限公司(以下簡稱心連心化肥)某合成氨公用工程系統(tǒng)有3臺75 t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，于2014年4月進行脫硝系統(tǒng)改造，該系統(tǒng)經(jīng)過2年半時間的運行，脫硝效率穩(wěn)定，但出現(xiàn)了鍋爐初始濃度偏高、系統(tǒng)調(diào)節(jié)滯后、噴槍易磨損等問題，直接影響了鍋爐煙氣的達標排放。心連心化肥組織技術(shù)人員積極攻關(guān)，對出現(xiàn)的問題進行研究并提出了相應(yīng)的解決措施，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1 脫硝系統(tǒng)簡介

在滿負荷生產(chǎn)工況下，3臺鍋爐2開1備，燃料為山西煙煤，鍋爐負荷主要根據(jù)廠區(qū)熱負荷的需要在65%～85%調(diào)節(jié)，鍋爐負荷在48～63 t/h，調(diào)節(jié)幅度較大，鍋爐床料溫度在860～950 ℃，爐膛出口煙氣溫度在740～850 ℃。脫硝系統(tǒng)選用選擇性非催化還原(SNCR)脫硝工藝，還原劑采用自產(chǎn)氨水，氨質(zhì)量分數(shù)控制在17%左右。氨水通過隔膜式計量泵送至鍋爐脫硝氨水計量分配模塊平臺處，通過噴槍噴入煙氣中的NH3與煙氣中的NO反應(yīng)生成了N2和H2O，以達到脫除煙氣中NO的目的。

該系統(tǒng)噴槍采用固定式單流體噴槍和固定式雙流體噴槍這2種形式。固定式單流體噴槍每臺爐4支噴槍分別安裝在南北兩側(cè)鍋爐爐膛出口至旋風分離器入口煙氣走廊側(cè)壁上，每側(cè)各2支；固定式雙流體噴槍每臺爐4支噴槍安裝在鍋爐標高19.8 m截面前墻水冷壁上。2種噴槍每支噴槍的流量控制在70～120 L/h。

2 脫硝系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題

2.1 脫硝能力偏低

由于該循環(huán)流化床鍋爐屬密相富氧設(shè)計，鍋爐流化一次風量偏大，鍋爐煙氣氧含量在6.5%～8.5%(體積分數(shù)，下同)。燃料在密相區(qū)燃燒時，初始生成的NOx濃度較高，質(zhì)量濃度達420～500 mg/m3(標態(tài))；鍋爐煙氣經(jīng)過脫硝后，煙氣中NOx質(zhì)量濃度降至180～220 mg/m3(標態(tài))，脫硝效率52%～64%。加大氨水噴入量后，氨逃逸量劇增，易造成省煤器受熱面腐蝕；單獨依靠SNCR技術(shù)煙氣NOx質(zhì)量濃度不能降至100 mg/m3以下(標態(tài))，需采用其他措施以進一步降低NOx質(zhì)量濃度。脫硝系統(tǒng)工藝參數(shù)如表1所示。

表1 脫硝系統(tǒng)工藝參數(shù)

2.2 調(diào)節(jié)反饋滯后

該套脫硝系統(tǒng)采用全自動調(diào)節(jié)方式。整個調(diào)解過程從控制系統(tǒng)監(jiān)測到NOx濃度出現(xiàn)升高趨勢，調(diào)節(jié)系統(tǒng)給出信號以加大計量泵開度，增加噴槍氨水噴入量，直到檢測出NOx濃度出現(xiàn)下降趨勢，整個調(diào)節(jié)過程時間間隔在240 s以上，而調(diào)節(jié)延遲不利于煙氣NOx濃度控制。

2.3 噴槍熱變形

為了防止氨水造成腐蝕，噴槍材質(zhì)為316L，而該材質(zhì)在800～1 575 ℃下不適宜連續(xù)工作。由于脫硝噴槍工作環(huán)境較為惡劣，處于鍋爐高溫區(qū)，溫度范圍在720～900 ℃。因此，噴槍伸入爐墻內(nèi)部分在高溫區(qū)內(nèi)會出現(xiàn)變形而導(dǎo)致噴槍卡澀，或者無法拔出。

2.4 噴槍磨損

脫硝噴槍采用316L材質(zhì)，耐腐蝕性強，但其材質(zhì)較軟，抗磨性能較差。噴槍安裝時不可深入爐膛，否則噴槍容易被飛灰磨損，破壞噴槍的霧化效果，進而影響脫硝效率。

3 問題分析和解決措施

3.1 煙氣再循環(huán)降低鍋爐排放初始濃度

SNCR脫硝效率在30%～70%，對于該脫硝系統(tǒng)來講，已達到SNCR脫硝的設(shè)計能力。未能達到排放標準是因為初始生成的NOx濃度偏高造成的，故可采取適當手段降低初始生成的NOx濃度，在此基礎(chǔ)上，加上SNCR脫硝，可實現(xiàn)鍋爐煙氣達標排放。

鍋爐煙氣中NOx生成途徑主要為：在鍋爐燃燒區(qū)域高溫條件下，進入爐膛的空氣中的N2與O2反應(yīng)生成NO。破壞該化學(xué)反應(yīng)的進行，必將減少NOx的生成量。采用煙氣回流循環(huán)技術(shù)，降低一次風氧含量，從而降低鍋爐密相氧含量，以達到減少NOx生成的目的。將鍋爐引風機出口煙氣抽出部分煙氣送至鍋爐一次風機進口處，利用引風機的送風壓頭和一次風機的引風壓頭，無需增加動力設(shè)備，可實現(xiàn)煙氣循環(huán)回流至一次風內(nèi)；回流管處加裝蝶閥，以控制回流煙氣量。

表2 采用煙氣循環(huán)回流后運行參數(shù)

采用煙氣循環(huán)回流后，鍋爐煙氣氧含量由6.5%～8.5%降低至4.5%～6.5%，煙氣中NOx生成質(zhì)量濃度由450～500 mg/m3(標態(tài))降至220～350 mg/m3(標態(tài))，效果明顯。投用SNCR脫硝后，煙氣中NOx質(zhì)量濃度降至50～80 mg/m3(標態(tài))，實現(xiàn)煙氣達標排放。

3.2 分析儀靠前布置，縮短響應(yīng)時間

該脫硝系統(tǒng)的NOx監(jiān)測儀器位于鍋爐除塵器后、煙氣脫硫系統(tǒng)進口前的這段煙氣管道上，整套系統(tǒng)依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)。從煙氣采樣分析到數(shù)據(jù)信號上傳至DCS操作系統(tǒng)時間間隔為210 s，導(dǎo)致整個調(diào)節(jié)過程時間過長。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)該脫硝系統(tǒng)煙氣監(jiān)測儀器位置過于靠后，導(dǎo)致調(diào)節(jié)延遲。

整改措施：將煙氣NOx監(jiān)測儀器安裝在鍋爐尾部煙道處，經(jīng)過調(diào)整煙氣檢測設(shè)備安裝位置后，數(shù)據(jù)反饋時間為40 s，大大縮短了調(diào)節(jié)過程的時間。

3.3 增加套管保護，延長噴槍壽命

316L材質(zhì)的脫硝噴槍在720～900 ℃的工作區(qū)域內(nèi)耐高溫性能較差，可以采用冷介質(zhì)降溫保護的措施來解決此問題。在噴槍外加上套管，套管與噴槍之間通入一次風冷風以降低噴槍的工作溫度，可保護噴槍。采用該措施后，噴槍工作區(qū)溫度下降至400～500 ℃，有效保證了噴槍長時間連續(xù)運行。

采用冷風套管冷卻噴槍后，運行3個月又出現(xiàn)新的問題：脫硝噴槍外采用310S材質(zhì)套管保護噴槍，噴槍與套管間以冷風冷卻噴槍和套管，冷風來自一次風冷風段；低氮燃燒煙氣回流后，由于一次風含有煙氣中的SO2和SO3氣體，對爐墻外部低溫段噴槍造成腐蝕。運行3個月之后，噴槍外表皮已出現(xiàn)較明顯的腐蝕；靠近爐內(nèi)的噴槍頭部，由于溫度較高，未發(fā)生腐蝕。冷卻風中含有循環(huán)回流的部分煙氣，煙氣中SO2和SO3氣體在噴槍低溫段溫度低于酸露點，在噴槍外表面產(chǎn)生酸性腐蝕；而噴槍頭部靠近鍋爐高溫煙氣，溫度遠高于酸露點，故未發(fā)生酸性腐蝕。將噴槍冷卻風由一次風冷風(風溫50 ℃左右)改為一次風熱風(風溫240 ℃左右)，即一次風空預(yù)器出口處。采用熱風后，冷卻風溫度高于酸露點，避免發(fā)生腐蝕。

由于冷卻風溫度的提高，可適當提高冷卻風量，確保噴槍工作在安全溫度范圍內(nèi)(低于800 ℃)。增加冷風保護后，噴槍未出現(xiàn)變形現(xiàn)象。

3.4 精確安裝，防止噴槍磨損

飛灰沿爐壁向下沖刷，爐壁面突出部分沖刷最為嚴重。噴槍安裝時，安裝精度要高，噴槍頭部不得超出鍋爐內(nèi)壁爐墻，避免飛灰沖刷噴槍。

4 結(jié)語

該SNCR脫硝系統(tǒng)運行2年多的時間中出現(xiàn)的問題，通過技術(shù)人員的摸索研究，采用煙氣再循環(huán)及調(diào)整相關(guān)工藝等措施，脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)的問題迎刃而解，這些措施對于行業(yè)中脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有一定的借鑒意義。