1060TH CFB鍋爐SNCR SCR聯(lián)合脫硝工藝設(shè)計(jì)

1、1060T/H CFB鍋爐SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝設(shè)計(jì)摘要：針對(duì)1060T/H CFB鍋爐，設(shè)計(jì)了一套處理煙氣量為115萬Nm3/h、初始NOX含量為190mg/Nm3，且NOX排放濃度(50mg/Nm3)滿足超低排放的SNCR+SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)。文中對(duì)SNCR+SCR聯(lián)合煙氣脫硝工藝的設(shè)計(jì)目的、主要設(shè)計(jì)參數(shù)、工藝流程圖以及系統(tǒng)的主要組成局部進(jìn)行了闡述，可為國內(nèi)同類型CFB鍋爐脫硝超低排放工程的改造、設(shè)計(jì)提供借鑒和指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：CFB鍋爐;煙氣脫硝;聯(lián)合法SNCR+SCR;工藝設(shè)計(jì)隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格化，燃煤電廠煙氣中SO2、NOX、煙塵等污染物排放控制備受社會(huì)關(guān)注。我國于202

2、1年公布了GB13223-2021?火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?，其中明確規(guī)定了SO2、NOX、煙塵的排放限值1-3。2021年，發(fā)改能源20212093號(hào)中對(duì)火電節(jié)能減排提出了更嚴(yán)格、明確的強(qiáng)制要求：東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度根本到達(dá)燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值(即：基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3)。為積極響應(yīng)國家政策，各燃煤發(fā)電機(jī)組均要對(duì)污染物控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)改造，確保污染物排放濃度長期穩(wěn)定超低達(dá)標(biāo)排放。循環(huán)流化床機(jī)組本身燃燒溫度低，分級(jí)、分段燃燒等特點(diǎn)，使其產(chǎn)生的氮氧化物較少，一般采用SNCR脫硝技術(shù)

3、即可使NOX的排放濃度滿足GB13223-2021對(duì)其規(guī)定排放要求，但并不能滿足最新NOX的超低排放要求(不高于50mg/m3)2,3。因此，針對(duì)CFB鍋爐本身特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)一種充分利用CFB鍋爐本身優(yōu)勢，系統(tǒng)投資、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低，同時(shí)可長期穩(wěn)定確保煙氣中氮氧化物排放濃度滿足超低排放要求的脫硝工藝具有重要意義。文中設(shè)計(jì)了一種適用于1060T/H CFB鍋爐的SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，可為國內(nèi)同類型CFB鍋爐脫硝超低排放工程的改造、設(shè)計(jì)提供借鑒及指導(dǎo)作用。1 煙氣NOX主要脫除技術(shù)煙氣中NOX脫除技術(shù)均是通過在適宜的溫度區(qū)域向煙氣中噴入復(fù)原劑，復(fù)原劑與煙氣中NOX發(fā)生化學(xué)反響，使NOX轉(zhuǎn)換

4、為無害的氮?dú)夂退?-6。目前應(yīng)用在燃煤電站鍋爐上成熟的煙氣NOX脫除技術(shù)主要包括SNCR、SCR和SNCR+SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)。1.1 SNCR煙氣脫硝技術(shù)選擇性非催化復(fù)原技術(shù)(SNCR)是將尿素、NH3等復(fù)原劑噴至爐膛上部或別離器入口溫度為8501100的區(qū)域，復(fù)原劑迅速熱分解成NH3并與煙氣中NOX進(jìn)行選擇性反響，生成無害的N2和H2O。在無催化劑、溫度為8501100條件下，尿素、NH3等氨基復(fù)原劑可選擇性地復(fù)原煙氣中NOx，根本上不與煙氣中的O2作用。主要反響機(jī)理見化學(xué)反響方程(1)，假設(shè)溫度過高，NH3那么被氧化成NO，見化學(xué)反響方程(2)5-7。(1)(2)復(fù)原劑參加脫硝反響的

5、溫度窗口至關(guān)重要。NH3反響的最正確溫度窗口為8501100，當(dāng)反響溫度過高，NH3會(huì)被氧化成NO，增加煙氣中NOX;反響溫度過低，氨逃逸增加，會(huì)使NOx復(fù)原率降低6,7。因此，SNCR法脫硝需注意氨逃逸對(duì)后續(xù)空預(yù)器設(shè)備、系統(tǒng)的影響。SNCR脫硝效率低，大機(jī)組上為25-50%，小機(jī)組上可達(dá)70-80%;無需添加催化劑，反響過程無SO3的轉(zhuǎn)化;對(duì)改造場地條件要求低，適用于改造條件有限、入口NOX含量低的脫硝工程使用。1.2 SCR煙氣脫硝技術(shù)SCR脫硝技術(shù)與SNCR脫硝技術(shù)的化學(xué)反響原理相同，都是在煙氣中參加復(fù)原劑，在一定溫度下，復(fù)原劑與煙氣中NOX反響，生成無害的氮?dú)夂退?。SCR脫硝是在有催化

6、劑(鐵、釩、鉻、鈷或鉬等堿金屬)的條件下，將復(fù)原劑NH3或尿素噴至溫度為300400區(qū)域的煙道內(nèi)使之與煙氣中NOX參加反響。主要反響式如下式(3)、(4) 7：(3)(4)SCR脫硝必須有催化劑反響模塊，假設(shè)想保證催化劑具有較好的催化性能，必須具有300400較佳的反響溫度窗口。根據(jù)鍋爐本身設(shè)計(jì)差異，催化劑反響模塊一般布置于省煤器與空預(yù)器間、一級(jí)省煤器和二級(jí)省煤器間或省煤器特定盤管間等具有較佳溫度窗口的區(qū)域。SCR脫硝效率為60%90%;催化劑會(huì)增加SO3的轉(zhuǎn)化，硫酸氫銨的生成會(huì)造成空預(yù)器的堵塞、腐蝕等6-8。在SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，影響其運(yùn)行的主要參數(shù)有：煙氣溫度、煙氣流速、煙道尺寸、煙氣微

7、粒含量、逃逸氨濃度、SO2氧化率、催化劑活性等。同時(shí)還需考慮CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫飛灰中CaO對(duì)催化劑催化性能的影響。1.3 SNCR+SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)是結(jié)合SNCR脫硝的低本錢、占地小和SCR脫硝高脫硝效率的聯(lián)合脫硝技術(shù)，多用于改造工程中場地狹小的情況7,8。SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)首先是利用前段的SNCR脫硝系統(tǒng)對(duì)煙氣中的NOX進(jìn)行脫除，其次是利用后段的SCR脫硝系統(tǒng)對(duì)NOX進(jìn)行深度脫除，對(duì)于后段的SCR脫硝技術(shù)，一方面可進(jìn)一步利用前段逃逸的復(fù)原劑氨進(jìn)行反響，再考慮超低排放的嚴(yán)格要求，結(jié)合實(shí)際情況增加SCR補(bǔ)噴氨系統(tǒng)，確保煙氣中NOX長期穩(wěn)定超低排放。聯(lián)合

8、脫硝系統(tǒng)所需催化劑較少，對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的影響、產(chǎn)生的阻力、投資等均介于SNCR與SCR間。通過比照以上幾種脫硝技術(shù)，對(duì)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求不是很嚴(yán)格的地區(qū)、機(jī)組，針對(duì)CFB鍋爐可選用SNCR脫硝技術(shù)，煤粉鍋爐選用SCR脫硝技術(shù);對(duì)于要求污染物超低排放的區(qū)域、機(jī)組，需選用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)，一方面系統(tǒng)投資小、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，同時(shí)還可長期穩(wěn)定確保污染物超低達(dá)標(biāo)排放。2 設(shè)計(jì)依據(jù)及主要設(shè)計(jì)參數(shù)2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)本SNCR+SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)主要是為長期穩(wěn)定確保300MW CFB鍋爐尾部煙囪排放的NOX到達(dá)超低排放的限值要求(不高于50mg/Nm3)而設(shè)計(jì)的。鍋爐燃料為采掘矸(含風(fēng)氧化煤)以及洗煤廠生產(chǎn)出

9、的煤泥和煤矸石，燃料在CFB鍋爐爐內(nèi)燃燒過程中產(chǎn)生煙氣的具體情況如表1所示。表1 SNCR+SCR聯(lián)合脫硝煙氣參數(shù)表煙氣流量(104Nm3/h)煙氣溫度()粉塵含量(g/Nm3)NOX濃度(mg/Nm3)11585095050190(最大)2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)本SNCR+SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)主要如下9,10：(1)整套聯(lián)合脫硝系統(tǒng)的可用率不低于98%，整套系統(tǒng)的主體使用壽命大于30年;(2)聯(lián)合脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行過程中整體脫硝效率不小于75%;(3)聯(lián)合脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行過程中煙囪出口NOX排放濃度不高于50mg/Nm3;(4)聯(lián)合脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行過程中的氨逃逸不大于3ppm;2.3 主要設(shè)計(jì)參

10、數(shù)SNCR+SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。表2 SNCR+SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)表參數(shù)名稱參數(shù)數(shù)值及單位煙氣流量(干基、6%O2)115 104Nm3/hNOX初始濃度190 mg/Nm3(最大設(shè)計(jì)值)聯(lián)合脫硝效率75%(SNCR階段脫硝效率60%，SCR階段脫硝效率35%(非標(biāo)單層催化劑)NOX排放濃度<50 mg/Nm3氨逃逸濃度<3 ppm聯(lián)合脫硝裝置可用率 98%催化劑阻力120 PaSO2/SO3轉(zhuǎn)化率<1 %復(fù)原劑耗量(25%氨水)1170 Kg/h(設(shè)計(jì)最大用量)電耗7.5 KW/h(設(shè)計(jì)最大用量)噴槍霧化壓縮空氣耗量3.5 m3/min(

11、設(shè)計(jì)最大用量)注：表2中NOX均以NO2計(jì)。3 SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝流程及組成3.1 SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝流程SNCR+SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)的工藝流程簡圖如下列圖1所示。圖1 SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝流程圖3.2 SNCR+SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)主要組成局部SNCR+SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)主要由噴射裝置設(shè)置于旋風(fēng)別離器入口煙道處的SNCR脫硝系統(tǒng)和設(shè)置于尾部煙道內(nèi)催化劑上部的SCR脫硝系統(tǒng)組成。主要包括：氨水儲(chǔ)存系統(tǒng)、氨水輸送系統(tǒng)、氨水稀釋計(jì)量系統(tǒng)、氨水噴射輔助霧化系統(tǒng)、噴槍保護(hù)風(fēng)系統(tǒng)、氨水分散噴射系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。(1) 氨水儲(chǔ)存系統(tǒng)氨水作為脫硝用復(fù)原劑，外購后通過汽車運(yùn)至復(fù)原劑儲(chǔ)存

12、區(qū)域。氨水儲(chǔ)罐體積為100立方，為廠內(nèi)各機(jī)組脫硝復(fù)原劑公用設(shè)備，罐頂部設(shè)有呼吸閥，用于調(diào)整氨水儲(chǔ)罐內(nèi)壓力變化。(2) 氨水輸送系統(tǒng)復(fù)原劑氨水經(jīng)脫硝泵由氨水儲(chǔ)罐輸送至氨水分散噴射系統(tǒng)，并通過雙流體噴槍噴至旋風(fēng)別離器入口煙道和尾部煙道催化劑上部的脫硝反響區(qū)參加脫硝反響。(3) 氨水稀釋系統(tǒng)除鹽水經(jīng)除鹽水泵輸送，與氨水輸送泵輸送的復(fù)原劑氨水混合后一并噴入氨水分散噴射系統(tǒng)至脫硝反響區(qū)復(fù)原煙氣中NOX。除鹽水作用：一方面根據(jù)現(xiàn)場NOX調(diào)解需要稀釋復(fù)原劑氨水的濃度，另一方面調(diào)整復(fù)原劑氨水進(jìn)入分散噴射系統(tǒng)的壓力和流量，確保霧化效果。(4) 氨水噴射輔助霧化系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)有壓縮空氣輔助霧化系統(tǒng)，壓縮空氣引自廠區(qū)壓

13、縮空氣母管，并新增壓縮空氣罐。壓縮空氣引至氨水分散噴射系統(tǒng)中雙流體噴槍連接口，對(duì)復(fù)原劑氨水起輔助霧化作用，以確保復(fù)原劑噴射霧化效果，提高復(fù)原劑與煙氣混合的均勻性。(5) 噴槍保護(hù)風(fēng)系統(tǒng)噴槍保護(hù)用風(fēng)引自廠區(qū)流化風(fēng)母管，流化風(fēng)母管來流化風(fēng)引至氨水分散噴射系統(tǒng)中雙流體噴槍連接口，以確保雙流體噴槍平安、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。(6) 氨水分散噴射系統(tǒng)氨水分散噴射系統(tǒng)由布置于旋風(fēng)別離器入口煙道處的氨水噴射裝置和布置于尾部煙道內(nèi)催化劑上部的氨水噴射裝置組成。單臺(tái)機(jī)組共4個(gè)旋風(fēng)別離器，每個(gè)旋風(fēng)別離器入口煙道處布置5支雙流體噴槍，每臺(tái)機(jī)組尾部煙道內(nèi)催化劑上部適宜溫度區(qū)域的前后墻或左右墻各布置5支雙流體噴槍，單臺(tái)機(jī)組布置復(fù)原劑氨水噴射裝置30套。(7) 輔助系統(tǒng)因工藝需要設(shè)置的控制、電氣以及其他公用設(shè)施?？刂葡到y(tǒng)采用DCS控制系統(tǒng)集中控制，無需單獨(dú)安排人員進(jìn)行監(jiān)視和控制，只在DCS集中監(jiān)控系統(tǒng)操作員站對(duì)工藝系統(tǒng)的被控對(duì)象和系統(tǒng)指標(biāo)自動(dòng)監(jiān)測及控制。4 結(jié)論(1) 1060T/H CFB鍋爐采用SNCR+SCR聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)來確保NOX排放濃度滿足超低排放要求，可為國內(nèi)同類型CFB鍋爐脫硝超低排放工程的改造、設(shè)計(jì)提供借鑒和指導(dǎo)作用。(2) 聯(lián)合煙氣脫硝系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)