淺談循環(huán)流化床脫硝SNCR噴槍布置優(yōu)化

大氣網(wǎng)訊:SNCR脫硝技術(shù)由于投資成本低，改造方便，其已廣泛用于電站鍋爐脫硝,尤其循環(huán)流化床鍋爐。SNCR煙氣脫硝的關(guān)鍵點(diǎn)，是在于還原劑噴入到爐內(nèi)最有效溫度窗區(qū)域內(nèi)，噴槍布置要根據(jù)所選擇鍋爐爐型的特征和鍋爐實(shí)際燃燒情況合理布置噴槍位置數(shù)量，不能一味再按照常規(guī)位置布置。本文結(jié)合晶昊鹽化240t/h鍋爐煙氣脫硝工程實(shí)例，提出一種新的噴槍布置思路,其與傳統(tǒng)的布置方案比脫硝效率更高,噴槍使用壽命更長(zhǎng)。

江西晶昊鹽化有限公司新建的江西省巖鹽資源綜合利用年產(chǎn)100萬(wàn)噸純堿項(xiàng)目配套1×240t/h循環(huán)流化床鍋爐尾部煙氣治理超低排放項(xiàng)目，2020年10月份施工完畢進(jìn)入調(diào)試工作，該工程采用SNCR工藝脫銷(xiāo)，由氨水儲(chǔ)罐模塊、氨水輸送模塊、稀釋水模塊、氨水混合模塊、計(jì)量混合模塊、噴射模塊和控制模塊等組成。使用20%氨水做還原劑，主要工藝見(jiàn)圖1。

圖1工藝圖

1 SNCR原理與現(xiàn)有噴槍的布置

SNCR脫硝技術(shù)即選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，以下簡(jiǎn)寫(xiě)為SNCR）技術(shù)，是一種不用催化劑，在850～1100℃的溫度范圍內(nèi)，將含氨基的還原劑（如氨水、尿素溶液等）噴入爐內(nèi)，將煙氣中的NOx還原脫除，生成氮?dú)夂退那鍧嵜撓跫夹g(shù)。在合適的溫度區(qū)域，且氨水作為還原劑時(shí)，其反應(yīng)方程式為：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O，不同還原劑有不同的反應(yīng)溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。當(dāng)反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，由于氨的分解會(huì)使NOx還原率降低，另一方面，反應(yīng)溫度過(guò)低時(shí)，氨的逃逸增加，也會(huì)使NOx還原率降低。SNCR煙氣脫硝工藝技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，就在于還原劑噴入系統(tǒng)必須盡可能地將還原劑噴入到爐內(nèi)最有效溫度窗區(qū)域內(nèi)，盡可能的保障噴入還原劑的利用率。在脫硝廠家開(kāi)始的設(shè)計(jì)中晶昊鹽化SNCR脫硝共設(shè)計(jì)12根噴槍，噴槍設(shè)計(jì)100L/H，分左右布置在兩旋風(fēng)分離器四邊，見(jiàn)圖2。安裝完成后，設(shè)備在試運(yùn)行期間出現(xiàn)脫銷(xiāo)效率不穩(wěn)定，脫硝效率較低等問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，本次脫硝設(shè)備的實(shí)際脫氨效率只有30%左右，未能達(dá)到脫硝廠家設(shè)計(jì)承諾的60%脫氨率。

圖2 現(xiàn)有噴槍的布置

2 脫硝效率低的原因分析

在與鍋爐廠家和脫硝廠家深入技術(shù)交流溝通后，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況，初步分析，脫氨效率低主要有以下幾個(gè)原因：

2.1 噴槍穿透力不夠

本次氨水噴頭，采用霧化噴頭，噴頭霧化較好，但噴射距離不足，觀察發(fā)現(xiàn)：在氨水噴入煙道內(nèi)后，實(shí)際噴射距離不足1m，而水平煙道橫截面約1.5m深，導(dǎo)致噴出的氨水無(wú)法完全覆蓋水平煙道橫截面，氨水利用率不高，影響脫硝效率；

2.2 旋風(fēng)分離器入口煙道流速過(guò)快

本次鍋爐設(shè)計(jì)的水平煙道煙氣流速大于33m/s，流速較快，氨水噴入后瞬間被煙氣帶入旋風(fēng)分離器內(nèi)，且由于受到離心力作用，噴入后的氨水緊貼旋風(fēng)分離器內(nèi)壁，并迅速被分離器內(nèi)飛灰吸附，氨水利用率低，影響脫硝效率；

2.3 旋風(fēng)分離器分離效率高，返料器返灰量過(guò)大

本次鍋爐為太原鍋爐廠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的“低氮燃燒”環(huán)保型鍋爐，鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，為了降低鍋爐原始NOx濃度，設(shè)計(jì)鍋爐本體自帶低氮燃燒技術(shù)，該技術(shù)主要內(nèi)容包括提高旋風(fēng)分離效率，增大了分離器返灰量，以提高鍋爐爐膛內(nèi)循環(huán)的倍率，拉長(zhǎng)了密相區(qū)。而噴入的氨水受旋風(fēng)分離器離心力影響，被分離的飛灰吸附，導(dǎo)致旋風(fēng)分離器分離出的飛灰中含有大量的NH3分子，該飛灰經(jīng)返料器返回爐膛內(nèi)進(jìn)行二次燃燒，生成大量NOx，使得噴入的氨水不僅沒(méi)有起到脫硝效果，反而增大了鍋爐原始NOx濃度，最終導(dǎo)致整體脫硝效率較低。

綜合以上3個(gè)原因，最終分析得出問(wèn)題二和問(wèn)題三是導(dǎo)致脫硝效率不穩(wěn)定的主要原因，故常規(guī)SNCR工藝要求的在分離器入口安裝噴槍并不適合于本臺(tái)鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況。在與鍋爐廠家及脫硝廠家溝通后，決定改變?cè)に囍袊姌尩牟贾命c(diǎn)位，以達(dá)到提高脫硝效率的目的。

3 噴槍優(yōu)化布置方案與尾部煙道腐蝕分析

經(jīng)與鍋爐廠家、脫硝廠家進(jìn)行技術(shù)溝通后，決定將SNCR噴槍布置于分離器出口中心筒上部煙道處見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 脫硝噴槍定位平面圖

圖4 噴槍位置立面圖

3.1 選擇該處作為噴槍噴射點(diǎn)位主要有以下幾個(gè)原因

3.1.1 溫度：

SNCR技術(shù)在850～1100℃的溫度范圍內(nèi)脫硝反應(yīng)最為合適，而該處煙氣溫度約900℃，完全滿足SNCR反應(yīng)溫度；

3.1.2 氨水用量：

該處實(shí)際位為分離器出口，實(shí)際煙氣中飛灰含量低，吸附率低，氨水利用率高，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況預(yù)估氨水用量在100L/h左右即可滿足NOx排放要求；

3.1.3 氨水利用率：

該處實(shí)際位為分離器出口，煙氣流速約25m/s，且橫截面小，氨水在此次噴入后，在煙道停留時(shí)間增加，且霧化氨水在該截面覆蓋率高，增加了反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，從而將提高氨水利用率。

3.2 對(duì)尾部煙道腐蝕分析

3.2.1修改設(shè)計(jì)在中心筒噴入氨水，氨水噴入處煙氣溫度約900℃，可瞬間將氨水氣化為氨氣，并與煙氣充分混合。脫硝反應(yīng)時(shí)間在0.5s以內(nèi)，而煙氣從噴入點(diǎn)至過(guò)熱器入口需要0.5s以上時(shí)間，所以煙氣在經(jīng)過(guò)過(guò)熱器之前已完成脫硝反應(yīng)，此時(shí)煙氣中的氨逃逸量小于8PPm（實(shí)際運(yùn)行氨逃逸小于2PPm），且屬于氣態(tài)，對(duì)過(guò)熱器沒(méi)有腐蝕影響。

3.2.2當(dāng)煙氣中的SO3濃度和逃逸氨濃度都較高時(shí)，會(huì)生成NH4HSO4，而在150～220℃溫度區(qū)間，NH4HSO4是一種高粘性液態(tài)物質(zhì)，易冷凝沉積在空預(yù)器換熱元件外面，粘附煙氣中的飛灰顆粒，堵塞換熱元件通道，減小空預(yù)器內(nèi)流暢截面積，從而導(dǎo)致空預(yù)器阻力的增長(zhǎng)、換熱元件的效力降低等問(wèn)題。但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中原煙氣中的硫幾乎全部為SO2，而SO3含量極低，且實(shí)際運(yùn)行中氨逃逸量小于2PPm，所以生成的NH4HSO4極少，無(wú)需擔(dān)心NH4HSO4冷凝沉積在空預(yù)器換熱元件外面，堵塞換熱元件通道。

3.2.3初始NOx濃度小于120mg/Nm3時(shí)，理論噴氨總流量在120L/h以下，NOx濃度即可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，實(shí)際運(yùn)行階段建議噴氨總流量控制在150L/h以下，否則可能存在堵塞空預(yù)器的風(fēng)險(xiǎn)，影響空預(yù)器正常運(yùn)行。

4 優(yōu)化后的效率分析

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)更改原有噴槍位置后對(duì)鍋爐脫氨效率進(jìn)行了實(shí)測(cè)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析得表1，更改位置后的鍋爐脫氨率達(dá)到60%左右，滿足最初設(shè)計(jì)效果，目前本臺(tái)鍋爐脫銷(xiāo)系統(tǒng)工作正常，處理后煙氣NOx濃度保持在50mg/Nm3以下。

表1 脫硝效率表

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次對(duì)SNCR煙氣脫硝噴槍位置更改，提高了SNCR脫硝的效率。本次噴槍重新布點(diǎn)位置，打破了常規(guī)SNCR工藝在分離器入口安裝噴槍的要求，在脫硝效率上有較大提升，且噴槍重新布點(diǎn)后，對(duì)設(shè)備的腐蝕并沒(méi)有增加，脫硝效率與鍋爐運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定。在以后的SNCR煙氣脫硝噴槍布置上更多的還是需根據(jù)所選擇鍋爐爐型的特征和鍋爐實(shí)際燃燒情況合理優(yōu)化布置噴槍位置數(shù)量，不能一味在按照常規(guī)位置布置。SNCR煙氣脫硝的關(guān)鍵點(diǎn)，是在于還原劑噴入到爐內(nèi)最有效溫度窗區(qū)域內(nèi)，至于噴槍位置選擇不能是固定不變的。