SNCR 與O3 氧化協(xié)同脫硝在循環(huán)流化床的應(yīng)用

盧曉斌

（中國石化茂名石化分公司熱電分部動力一車間，廣東 茂名 525011）

當(dāng)前CFB 鍋爐屬于無焰燃燒，因為其爐膛與床料相較于煤粉鍋爐的溫度更低，所以在爐膛中所產(chǎn)生的氮氧化物之中，大多數(shù)屬于燃料型氮氧化物，熱力型與快速型的氮氧化物的含量則不高，如此一來就會導(dǎo)致氮氧化物在爐膛內(nèi)的產(chǎn)生量變低。CFB 鍋爐的SNCR 煙氣脫硝技術(shù)的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：系統(tǒng)難度低，不復(fù)雜，且前期投入資本不高；系統(tǒng)改造起來較為便捷，而且將其與其他技術(shù)聯(lián)合使用融合性高。CFB 鍋爐的使用經(jīng)驗分析研究顯示，CFB 鍋爐的二氧化氮的排放量比較低。這是由于CFB 鍋爐的溫度通常情況下處于860 攝氏度左右，另外CFB 鍋爐使用分級燃燒的方式，也能夠有效的降低二氧化氮。經(jīng)過對效率進行實際試驗得知，SNCR 脫硝技術(shù)的實際脫硝效率能夠在CFB 鍋爐之中十分理想，因此前景美好。安置在鍋爐內(nèi)部除塵器的出口低溫部位煙道的脫硝方案，可以提升臭氧的短時間氧化速度以及高效率的脫硝能力，使得煙道內(nèi)的二氧化氮排放率合理降低，從而達到環(huán)保規(guī)定排放標(biāo)準。

1 CFB 鍋爐SNCR 加O3 氧化協(xié)調(diào)脫硝系統(tǒng)簡介

1.1 CFB 鍋爐基本情況

循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵構(gòu)成部分有爐膛、尾部對流煙道旋、自平衡“U”形回料閥和風(fēng)分離器等等。其中燃燒室的蒸發(fā)受熱面使用膜式水冷壁，而水循環(huán)則使用單段蒸發(fā)系統(tǒng)、自然循環(huán)系統(tǒng)以及單汽包系統(tǒng)。分離器、爐膛以及回料閥共同構(gòu)成了CFB 鍋爐的重要結(jié)構(gòu)——物料外循環(huán)回路。

1.2 SNCR 脫硝系統(tǒng)基本情況

SNCR 脫硝技術(shù)主要是利用將鍋爐爐膛出口部位噴灑適量還原劑，當(dāng)煙氣的溫度達到900 攝氏度左右的時候，容易把其中的氮氧化合物進行還原，還原可以獲得氮氣和水。由于SNCR 脫硝技術(shù)的整體系統(tǒng)構(gòu)成較為簡單，所以改造的時候不需要使用催化劑，而且綜合的運行所耗費的資金不高。使用SNCR 煙氣脫硝技術(shù)，可以把質(zhì)量濃度為50%的尿素溶液用作脫硝的還原試劑。

SNCR 系統(tǒng)是一個爐膛內(nèi)部燃燒之后的脫硝反應(yīng)，而尿素溶液能夠在爐內(nèi)相對溫度的窗口區(qū)域充分的分布，這也是決定這一系統(tǒng)性能的關(guān)鍵影響要素。當(dāng)對系統(tǒng)進行優(yōu)化以及調(diào)試的階段，每支噴槍的流速和霧化能力都需要依照鍋爐的實際運轉(zhuǎn)負荷以及氮氧化物濃度加以調(diào)節(jié)，從而保證在系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)試的階段，每個噴槍的霧化效果以及速度等要素，能夠按照鍋爐的實際運行負荷以及氮氧化物的濃度開展進一步的調(diào)節(jié)，從而使得系統(tǒng)的整體性能需求能夠得到充分的滿足。

1.3 臭氧氧化脫硝系統(tǒng)概況

絕緣體通過阻隔以及放電產(chǎn)生的高能電子使氧氣被分解成氧元素，氧元素能夠迅速和氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧。使用石英玻璃管以及微間隔的放電方式，在低電壓的作用之下能夠?qū)崿F(xiàn)較為高效的介質(zhì)阻隔放電，由放電所產(chǎn)生的大部分高能電子，在石英玻璃管中能夠發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)作用，最終產(chǎn)生臭氧。

臭氧的氧化脫硝技術(shù)使用低溫氧化的原理。其脫硝流程如下圖1 所示。主要是把臭氧輸入煙氣氣流之中，同煙氣一起通入到綜合氧化區(qū)域，煙氣中包含的二氧化氮同臭氧相互作用，便會被氧化成為五氧化二氮，并直接通入到吸收塔之中，五氧化二氮同水接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成HNO3。只要對煙氣通入一側(cè)的氮氧化物量，以及吸收塔出口凈煙氣中所使用的氮氧化物量的偏差進行計算，便能夠確定需要使用的臭氧量。

2 SNCR 脫硝和臭氧氧化協(xié)同脫硝系統(tǒng)效率試驗

為了對SNCR 脫硝技術(shù)以及臭氧脫硝設(shè)施的實際脫硝效率和水平進行測定，并且為了能夠?qū)λ峁┑臄?shù)據(jù)進行深入優(yōu)化，利用不同工況的性能測試，對SNCR 脫硝技術(shù)以及臭氧脫硝系統(tǒng)的每項指標(biāo)加以判定，確定其能夠與預(yù)期需求相符，然后分析并且指出存在的問題。

圖1 臭氧氧化脫硝工藝流程簡圖

2.1 100%MCR 工況下性能試驗

當(dāng)機組處于100%MCR 的運作工況的時候，對脫硝系統(tǒng)的出口部位的氮氧化物濃度、按期逃逸濃度進行測定，然后計算脫硝的效率。計算脫硝效率的方法是：先對省煤設(shè)備的出口處的煙氣之中氧氣和一氧化氮的濃度進行測量，通過測量獲得的數(shù)據(jù)來計算脫硝的效率。最終結(jié)果是，當(dāng)處于滿負荷工況的時候，入口處的氮氧化物平均數(shù)值為267.53mg/Nm3，出口處的氮氧化物平均值為88.42mg/Nm3，計算獲得的脫硝效率為66.71%。

2.2 臭氧氧化脫硝系統(tǒng)性能試驗

不投用SNCR 系統(tǒng)，維持鍋爐的負荷，經(jīng)過對臭氧發(fā)生器的電功率進行調(diào)節(jié)，對豎井煙道CEMS 內(nèi)的氮氧化物數(shù)值以及吸收塔煙道出口CEMS 之中的氮氧化物數(shù)值，并加以對比。通過使用臭氧進行脫硝處理之后，煙氣之中氮氧化物的整體濃度從之前的267.53mg/Nm3，降低至168.21mg/Nm3，脫硝效果顯著。不過從數(shù)值的角度來看，僅僅使用NLO-20K 臭氧發(fā)生器，無法充分滿足三架爐煙氣臭氧氧化脫硝的全部需求。也從這里可以了解到，臭氧發(fā)生器除了能夠脫離氮氧化物之外，也和臭氧的產(chǎn)量具有較深的聯(lián)系。

臭氧脫硝的效能同煙氣的溫度、臭氧濃度都有著一定的聯(lián)系，而目前鍋爐內(nèi)的煙氣溫度為150℃，臭氧的產(chǎn)量保持在19.6g/h 的狀態(tài)時，能夠減少氮氧化物33mg/Nm3左右。

通過使用臭氧進行脫氧處理之后，煙氣之中的氮氧化物的排放濃度從86.82mg/Nm3降低到52.43mg/Nm3，脫硫效果十分顯著，總體的氮氧化物濃度能夠充分的滿足環(huán)保和制造加工等生產(chǎn)活動的需求。

3 SNCR 和臭氧脫硝設(shè)施的系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 尿素噴槍的優(yōu)化

在檢修階段對尿素噴槍進行綜合檢查，發(fā)現(xiàn)二區(qū)設(shè)置的12 個噴槍的嘴巴和套管部位都存在一定的磨損，噴槍下部的澆注料已經(jīng)開始受到腐蝕，導(dǎo)致水冷壁管的安全性受到危害，并且也干擾到噴槍的霧化效能，從而使得脫硫效率減弱。

面向SNCR 系統(tǒng)前部分調(diào)試過程中發(fā)生的噴槍受損問題，按照試驗狀況對其受損因素進行分析，確定將噴槍的噴嘴放在冷卻套管中，以此實現(xiàn)優(yōu)化。如果噴槍的噴嘴在冷卻套管之中有偏離問題，那么便會導(dǎo)致噴槍吹出的冷卻風(fēng)在內(nèi)壁的間隔之中分配極為不均，使得冷卻套管和噴嘴貼合部位容易產(chǎn)生污垢，堆積灰塵。對此，將噴槍的內(nèi)部套管安定十字架能夠防止噴槍的偏離。

3.2 SNCR 噴口處受熱面腐蝕的優(yōu)化

投用SNCR 系統(tǒng)之后，停爐進行檢查，發(fā)現(xiàn)尿素噴射器嘴部的澆注料受到了極其嚴重的腐蝕，并且有些澆注料已經(jīng)漏出來其中的銷釘。引起這一問題的主要原因在于噴槍噴嘴的安設(shè)部位不夠合理、以及還原劑在鍋爐中噴射的寬度與深度的不合理，導(dǎo)致噴槍的嘴部周圍有尿毒液體不斷的滴落在下面的澆注料之上。通過分析得知，尿毒溶液落在澆注料之上，會產(chǎn)生不間斷的液體薄膜，當(dāng)溫度較高的時候，尿素就會分解產(chǎn)生甲銨（具有較強的腐蝕能力），從而使得澆注料受到破壞。

可以通過以下方法進行優(yōu)化，解決其腐蝕受損問題：①在不對鍋爐的整體效能帶來影響的條件下，合理的降低尿素液體的濃度，從而降低對澆注料的腐蝕能力；②把尿素噴槍部位的澆注料替換成對于甲胺溶液耐性較高的SiC 材料；③一定周期內(nèi)對噴槍的霧化效果進行檢查，若是發(fā)現(xiàn)效果不合格，立即進行替換。

4 結(jié)語

本文系統(tǒng)性的對某一電站的三臺410t/h 循環(huán)流化床鍋爐通過增加SNCR 和臭氧氧化脫硝應(yīng)用進行了研究，目的在于實現(xiàn)不同技術(shù)的聯(lián)合脫硝應(yīng)用，以此減輕排放煙氣中含有的二氧化氮濃度。