循环流化床锅炉脱硫脱硝的技术及改造方法

循环流化床锅炉脱硫脱硝的技术及改造方法

发表时间：2018-01-17T09:20:45.820Z 来源：《电力设备》2017年第28期作者：孟思张爽

[导读] 所以我公司两台循环流化床锅炉的脱硝系统改造势在必行，并且是呼伦贝尔经济开发区重点督促整改项目之一。（呼伦贝尔驰宏矿业有限公司内蒙古呼伦贝尔 021000）

摘要：近年来，国家投入巨额资金研发开展工业点源特别是燃煤锅炉的污染治理工作，“十二五”以来，国家先后下发了《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》、《国际环境保护“十二五”规划》、《重点区域大气污染防治“十二五”规范》、修订了《火电厂大气污染排放标准》（GB13223-2011），将NOx列入“十二五”约束性指标，要求火电企业加大污染治理，开展锅炉脱硝，新建项目同步建设锅炉脱硝装置，现有火电锅炉必须在2014年7月前达到新的《火电厂大气污染物排放标准》要求，根据环境保护部函[2014]179号文件《关于部分供热及发电锅炉执行大气污染物排放标准有关问题的复函》要求，单台出力65t/h以上（除层燃炉、抛煤机炉外的燃煤、燃油、燃气锅炉），无论其是否发电，均应执行《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中相应的污染物排放控制要求，NOX限制在100mg/m3内；所以我公司两台循环流化床锅炉的脱硝系统改造势在必行，并且是呼伦贝尔经济开发区重点督促整改项目之一。

关键词：循环流化床锅炉；脱硫脱硝技术；改造方法

1改造前锅炉及NOx排放现状

氮氧化合物（NOx）不仅会对人体健康产生直接危害，而且还会与大气中一些成分反应形成酸雨和光化学烟雾，促进超细颗粒物的形成，是影响生态环境和全球变暖的主要因子。近年来，我国氮氧化物排放量一直居于高位，2012年排放总量为2337.8万t，其中包含工业循环流化床锅炉在内的工业锅炉排放氮氧化物271万t，占当年工业氮氧化物排放量的13.5%。根据国家“十二五”发展规划要求，工业锅炉氮氧化物排放要求越发严格，而积极推进烟气脱硝工程建设已迫在眉睫。

呼伦贝尔驰宏矿业有限公司动力厂三车间两台循环流化床锅炉主要用于工业用气及供暖，1#炉、2#炉为济南锅炉厂设计75t/h中压饱和蒸汽循环流化床锅炉（规格型号为：YG-75/4.2-M1;额定压力为4.2Mpa;额定蒸发量为75t/h；饱和蒸汽温度为254℃），自2011年10月份锅炉启炉运行至今，主要用于公司1300亩厂区内建筑等设施供暖、工艺生产用汽、汽轮机发电等，但锅炉在初期设计期间国家环保部未对氮氧化物排放进行严格要求，所以我公司循环流化床锅炉未设计脱硝系统，但随着公司对环保意识的加强，职工对环保的要求越来越高，面对三废污染物的监管也越来越严；虽然循环流化床锅炉NOx排放相比其他炉型排放相对较少，但与新发颁布《火电厂大气污染物排放标准》相比，仍超标很多，根据公司环保部NOx排放数据统计，工业锅炉满负荷状态下，经检测尾气中含有NOX250～350mg/m3。 2脱硝工艺简介

2.1低NOx燃烧技术简介

低NOx燃烧技术在四角切圆和墙式燃烧器型式锅炉中有较好的应用。

2.2SNCR脱硝技术简介

在高温没有催化剂的条件下，尿素溶液（氨水溶液）喷入炉膛，热解生成NH3与其它副产物，在850～1100℃温度窗口，NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O。反应分为如下两个过程：

第一步是生成还原反应的还原剂NH3，尿素作为脱硝还原剂时，需要首先热解成NH3：

CO（NH2）2→NH3＋HNCO（1）

HNCO＋H2O→NH3+CO2（2）

第二步NH3与NOx反应：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O（3）

8NH3+6NO2→7N2+12H2O（4）

SNCR脱硝反应对温度条件非常敏感，受制于停留时间、NH3/NO摩尔比（NSR）、混合程度等因素，对锅炉效率及空预器堵灰造成一定负面影响。

2.3SCR脱硝技术简介

选择性催化还原烟气脱硝（SCR）技术，是往烟气中喷射氨基还原剂，在300—400℃温度和催化剂作用下，通过还原反应将NOx还原成无害的N2和H2O。

SCR系统包括反应器（反应器、烟道、催化剂、氨喷射、均流与导流装置、吹灰器等）、氨区（储存、制备与供应）及热控等三部分。其中催化剂是核心部件，其反应活性与寿命受到燃料、炉型、烟气参数、机组负荷等因素的重大影响。

SCR烟气脱硝技术具备如下优点和缺点：

优点：脱硝效率最高，可达70－90％；

可应用于各种氮氧化物（NOx）浓度的烟气处理；

化学反应所需要的温度比较低；

化学反应剂率利用高。

缺点：显著较高的初期投资和运行成本；

工艺占地面积大，对旧炉改造成本高且技术难点多（尤其是正压和位置紧张的锅炉）；

SO2/SO3转化率高，生成的亚硫酸氢铵ABS（AmmoniumBisulfate）对反应器下游的烟道、空预器等的结垢和腐蚀问题。此在高硫燃料及调峰锅炉情况下更易发生；

该工艺较不适用于各种灰份、硫份和金属成份高的固体燃料及调峰锅炉；

SCR最为常见的高尘段布置方式，目的是可省去再加热的费用。但催化剂容易受烟气中飞灰的磨损和腐蚀、以及碱金属，砷等的毒害而降低活性；

系统压降大，可能需要对锅炉原有送、引风机进行改造。

工艺的脱硝效率要求高时，还原剂和催化剂用量大，运行成本严重依赖于催化剂的活性，易生问题，成本增高。

3项目建设情况

建一个13m*16.5m*6m尿素制备厂房；尿素制备厂房尿素溶液储罐50%浓度的溶液，通过尿素供应泵增压后输送至尿素溶液输送管线计量混合分配模块入口，根据烟气分析仪系统设定的参数和系统反馈信号将尿素溶液经计量后和稀释水混合成10%浓度尿素溶液，通过尿素供应泵和压缩空气管道（22m3/min压缩空气）送入锅炉炉膛前墙、旋风分离器入口烟道喷射系统，与烟气中的NOX（包括一氧化氮、二氧化氮）混合反应还原从而达到脱硝效果。

整个系统有4个功能系统：1、还原剂储存和循环系统；2、还原剂稀释和计量系统；3、还原剂分配系统；4、SNCR喷射系统。

3.1改造前期分析影响脱硝效果的主要因素

在SNCR技术设计和应用中，影响脱硝效果的主要因素包括：

1、温度范围、合适的温度范围内可以停留的时间

2、反应剂和烟气混合的程度、未控制的NOx浓度水平

3、喷入的反应剂与未控制的NOx的摩尔比

3.2影响因素的解决方式

本项目SNCR脱硝投用之后NOx排放要求达到100mg/Nm3以下，脱硝效率要求≥35.5%。

1、根据理论数据建模，根据Fluent等软件进行模拟计算，确定停留时间及反应效率。

2、尿素溶液在烟气中广泛反应，氨逃逸比较容易控制，减少尾部烟道的防腐和防堵塞情况。

3、对于本项目，建议采用美国的双级雾化喷枪，保证脱硝的高效率，减少锅炉内的腐蚀水冷壁和爆管的风险。

3.3改造后对工业锅炉本体运行的影响分析

1、SNCR在于脱硝过程中不使用催化剂，且不导致SO2/SO3氧化，造成空预器堵塞的机会非常小。如果氨逃逸量比较大，会使尾部烟道发生腐蚀和堵塞情况。

2、整个过程没有压力损失，喷枪压缩风引至声波吹灰管道压缩风，未对风机造成影响。

3、通过6个月的生产运行，通过数据可以看出对电收尘入口温度有一定影响，但未对后续系统造成堵塞或降低除尘效率。

3.4其他

SNCR工艺整个还原过程在锅炉内部进行，不需要另外设立反应器。还原剂通过安装在锅炉墙壁上的喷嘴喷入烟气中。喷嘴布置在燃烧室和省煤器之间的过热器区域，锅炉的热量为反应提供了能量，使NOX在这里被还原。反应器、反应器支撑钢结构及其附属烟道的取消，降低了较大一部分投资，减少了大部分安装工作，而且更便于日后的检修、维护工作。

4结论

充分发挥循环流化床燃烧在脱硫脱硝方面的优势，降低床温，改造高效二次风，从源头上控制NOx的生成量和提高脱硫效率，是能够达到超低排放的要求。纯炉内干法脱硫投资及维护成本相对于湿法脱硫有无可比拟的优势，同时也是对环保超低排放改造路线的一种积极探索。

参考文献：

[1]李江浩，冯岩，崔凯.环流化床锅炉运行说明书.尔滨锅炉厂有限责任公司，2009（7）.

[2]吕俊复，岳光溪，张建胜，等.循环流化床锅炉运行与检修[M].2版。北京：水利水电出版社，2005.