摘要：結合350MW超臨界循環流化床鍋爐的NOx控制的特點，本文對河曲電廠350MW超臨界循環流化床鍋爐SNCR脫硝工藝進行研究，根據該廠調試、運行期間的技術數據，對實現NOx超低排放的影響因素進行了分析和總結。


前言

CFB鍋爐出口煙氣中含塵量大，NOx排放相對煤粉爐要低的多，采用SCR工藝時，脫硝催化劑飛灰磨損嚴重，爐內脫硫產物易導致催化劑中毒，此外省煤器出口煙溫相對較低，須對省煤器進行分級，布置難度較大， SCR脫硝工藝應用在CFB鍋爐上整體技術經濟性不佳。反而SNCR脫硝工藝的反應溫度窗口和CFB鍋爐爐膛煙氣出口溫度范圍比較吻合， CFB鍋爐旋風分離器中的煙氣流場的情況非常有利于噴入的還原劑和煙氣的良好混合，并保證了充分的反應時間，使SNCR脫硝工藝成為CFB鍋爐最為適合的煙氣脫硝工藝，并可獲得非常較高的脫硝效率，進而實現CFB鍋爐NOx的超低排放。

1 河曲電廠技術特點

河曲電廠鍋爐為東方鍋爐廠生產的循環流化床、超臨界參數，一次中間再熱直流鍋爐、平衡通風、固態排渣、全鋼架懸吊結構。

鍋爐主要技術參數如下：

鍋爐采用床下風道燃燒器的點火方式。

煙氣脫硝采用SNCR脫硝工藝，還原劑采用工業級合格品質的尿素，設計脫硝效率不小于75%，排放濃度小于50mg/Nm3。該鍋爐爐膛出口BRL工況下煙氣溫度約為850℃左右，滿足SNCR脫硝工藝800～1100℃最佳反應溫度窗口的要求。SNCR噴槍布置在旋風分離器入口，能夠保證還原劑和煙氣在旋風分離器內充分混合和反應停留時間。

2 SNCR工藝原理

尿素SNCR的工藝原理是在沒有催化劑的情況下，向800℃～1100℃爐膛中噴入尿素溶液，尿素溶液與煙氣中的NOx 反應并生成無危害的N2和H2O。

其反應表示為：

NH2CONH2 → 2NH3 + HNCO

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O

2NO + 2HNCO + 1/2O2 → 2N2 + 2CO2 + H2O

在SNCR系統中，影響脫硝效率的因素主要有反應溫度、NH3與NOx的化學計量比、混合程度、NOx排放濃度、反應時間、氨逃逸率等。SNCR工藝的溫度控制至關重要，若溫度過低，NH3的反應不完全，容易造成氨逃逸;而溫度過高，NH3則容易被氧化為NO，抵消了NH3的脫硝效果。溫度過高或過低都會導致還原劑損失和NOx脫除率下降。

3 SNCR脫硝系統說明

電廠購買的袋裝顆粒尿素儲存在尿素儲存間內，經斗提機送入尿素溶解罐，與尿素溶解罐中按比例補充除鹽水中充分混合溶解，配制成50%Wt濃度的尿素溶液。溶解罐中溶液通過蒸汽加熱維持在40～50℃，并設置有攪拌器。合格的尿素溶液通過輸送泵送入尿素溶液儲罐中。

尿素溶液通過多級離心式循環泵輸送至鍋爐區域進行稀釋及尿素溶液計量，根據鍋爐負荷調節尿素溶液供應量，多余尿素溶液通過環形回路返回尿素溶液儲罐。稀釋水泵出口的稀釋水管路分別與循環泵出來的尿素溶液管路連接，通靜態混合器混合后配置成濃度約為15～20%的尿素溶液輸送至鍋爐區域。稀釋水系統設置壓力調節閥，以保證噴槍入口的尿素溶液壓力，達到要求的噴射效果。

尿素溶液稀釋與計量系統通過流量控制閥和壓力調節閥自動調節進入每個鍋爐注入區域的尿素溶液濃度和流量，以響應煙氣中NOx的濃度、鍋爐負荷的變化。

尿素溶液通過稀釋與計量之后進入分配系統，由分配系統分配到各旋風分離器SNCR噴槍區域，根據運行需要，對需要不同控制的區域的SNCR噴槍分別進行流量分配，每支管道上設置流量調節閥及電動控制閥。

尿素溶液管道上設置手動調節閥，在脫硝系統調試時調整各個噴射器的尿素溶液流量。

尿素溶液支管設置就地流量計，并設置就地壓力表，監測壓力情況。

4 應用分析

眾所周知，影響SNCR脫硝效率的因素主要包括反應溫度、氨與煙氣的混合程度、停留時間、NOx排放濃度、氨與NOx的摩爾比和氨逃逸率等。以下結合SNCR在河曲電廠的應用情況，對各影響因素進行分析。

4.1 電廠不同負荷工況的運行參數

通常循環流化床鍋爐SNCR脫硝的最佳反應溫度在800～1100℃，由于350MW超臨界循環流化床鍋爐采用了低床溫低床壓的技術，該廠在50%～100%負荷工況下旋風分離器入口運行的煙氣溫度為在700～880℃之間，75%負荷以下實際運行煙溫均低于上述的最佳反應溫度。從上述的運行效果來看，NOx排放也能實現較好的效果，主要原因是溫度降低時，雖然脫硝反應效率有所下降，通過分級燃燒的有效控制，鍋爐NOx的生成量也會相對較少。

4.2 NOx排放量與噴氨量的關系

從圖1可見，尿素溶液噴入量從0.22m3/h增加到0.35m3/h時，NOx排放濃度從61.8mg/Nm3多減小到42.7 mg/Nm3，基本成線型關系。可以將NOx排放濃度作為脫硝系統控制的反饋信號，用于跟為精確的調節脫硝系統的運行。單從表1顯示的情況來看，低負荷時噴氨量的增加對NOx脫除效果的影響并不十分明顯，反而會造成氨逃逸量的增加，主要原因為低負荷時煙氣溫度相對較低，此時的脫硝效率也較低。

4.3 煙道出口的含氧量與NOx濃度的關系

從圖2可見，隨出口煙道含氧量的增加，NOx排放量也隨之增大，因此SNCR脫硝系統的運行應控制好出口煙道的含氧量，即控制好循環流化床過量空氣系數、一二次風的分配以及二次風的分級和燃燒組織等。SNCR脫硝在低負荷時，氧量對NOx排放的影響更為突出。

4.4 氨逃逸與溫度的關系

從圖3可見，達到同樣的NOx排放濃度的情況下800℃以上氨逃逸隨溫度變化較小，而800℃以下隨溫度的降低氨逃逸逐漸增加，700～750℃低溫時表現的更為明顯。這說明反應溫度越低脫硝效率降低的越多，因此低負荷時應在保證排放達標的情況下更為注意氨逃逸的控制。

5 結論

根據河曲電廠350MW超臨界循環流化床鍋爐實際的運行情況，350MW超臨界循環流化床鍋爐雖然實際的運行溫度區間略低于最佳的反應溫度區間，但采用低氮燃燒+SNCR脫硝工藝實現NOx超低排放仍是可行的。350MW超臨界循環流化床鍋爐通過分級燃燒優化技術，控制燃燒溫度，調整配風方式，控制優化燃燒過程，尤其是低負荷時有效控制煙道中的含氧量，從而有效降到NOx的排放濃度，實現NOx的超低排放。