梁 磊

（江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇 宜興 214206）

2×75 t／h煤粉鍋爐煙氣SNCR＋SCR混合脫硝工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

梁 磊

（江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇 宜興 214206）

結(jié)合山西某熱電廠2×75 t／h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程實(shí)例，詳細(xì)闡述了SNCR工藝系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、噴槍安裝、鍋爐尾部煙道改造，并對(duì)運(yùn)行效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明，SNCR＋SCR混合脫硝工藝具有較高的脫硝效率，SCR反應(yīng)器設(shè)置1層催化劑，配合SNCR工藝，脫硝效率可達(dá)75%左右，適用于NOx含量較高的中小型燃煤鍋爐煙氣脫硝，滿足環(huán)保排放要求。

煤粉鍋爐；煙氣脫硝；SNCR＋SCR混合脫硝；SCR反應(yīng)器；催化劑

SNCR＋SCR混合脫硝工藝［1－3］是結(jié)合了SNCR工藝投資少，SCR工藝脫硝效率高的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新型工藝。前段SNCR工藝具有脫硝和為后段SCR反應(yīng)器提供還原劑NH3的雙重功能，后段SCR反應(yīng)器充分利用前段提供的NH3，在催化劑的作用下，與NOx發(fā)生脫硝反應(yīng)，從而提高整體脫硝效率，彌補(bǔ)了SNCR工藝［4－7］脫硝效率低的缺陷。SNCR＋SCR混合脫硝工藝設(shè)計(jì)靈活，脫硝效率高，較SCR工藝省去了壓縮機(jī)、液氨貯罐、蒸發(fā)器、稀釋槽、噴氨格柵等設(shè)備，減少了催化劑用量，降低了投資成本及運(yùn)行費(fèi)用，適用于NOx含量較高的中小型燃煤鍋爐煙氣脫硝。本文結(jié)合山西某熱電廠2×75 t／h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程實(shí)例，闡述了SNCR工藝系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、噴槍安裝、鍋爐尾部煙道改造，并對(duì)運(yùn)行效果進(jìn)行分析，為今后同類脫硝工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

山西某熱電廠2×75 t／h煤粉鍋爐煙氣，應(yīng)環(huán)保要求需增設(shè)脫硝裝置，工藝參數(shù)如表1所示。目前，鍋爐煙氣脫硝主流工藝為有選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SNCR）2種。SCR脫硝工藝技術(shù)成熟，脫硝效率高，已廣泛應(yīng)用于大型燃煤電廠，但工藝初期投資大，施工周期長(zhǎng)、運(yùn)行費(fèi)用高，限制了其在中小型鍋爐的使用。SNCR脫硝工藝流程簡(jiǎn)單，投資少，占地面積小，施工周期短，但脫硝效率受到限制。本工程原煙氣NOx含量約為650 mg／Nm3，脫硝后需降至200 mg／Nm3以下，脫硝效率需達(dá)70%左右，滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223—2011的排放要求，單獨(dú)采用SNCR工藝很難滿足環(huán)保排放要求。多位專家結(jié)合工程自身特點(diǎn)，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，決定采用SNCR＋SCR混合脫硝工藝。還原劑為外購20%的氨水溶液［8］，稀釋水為廠區(qū)除鹽水，壓縮空氣接自廠區(qū)儀用壓縮空氣氣源，SCR反應(yīng)器設(shè)置1層催化劑。

表1 2×75 t／h鍋爐工藝參數(shù)

2 工藝系統(tǒng)

SNCR＋SCR混合脫硝工藝主要由SNCR工藝和SCR反應(yīng)器2部分組成，工藝設(shè)備需根據(jù)煙氣參數(shù)合理設(shè)計(jì)，針對(duì)不同工況條件以及介質(zhì)特性，需嚴(yán)格注意設(shè)備選型選材。

2.1 SNCR工藝

SNCR工藝主要包括除鹽水箱、氨水罐、除鹽水輸送泵、卸氨泵、氨水輸送泵、靜態(tài)混合器、噴槍及配套管道、閥門、儀表等，如圖1所示。除鹽水接自廠區(qū)除鹽水母管，送至除鹽水箱，經(jīng)除鹽水輸送泵送至靜態(tài)混合器，20%的氨水由罐車送至氨水罐附近，經(jīng)卸氨泵送至氨水罐，再經(jīng)氨水輸送泵送至靜態(tài)混合器，與除鹽水混合。除鹽水輸送泵及氨水輸送泵均采用變頻控制，可調(diào)節(jié)泵體工作流量，泵出口至靜態(tài)混合器之間的連接管道上設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及流量計(jì)，調(diào)節(jié)為一定流量的除鹽水及氨水進(jìn)入靜態(tài)混合器，稀釋為5%左右的氨水溶液，隨后進(jìn)入噴槍，噴射到爐內(nèi)，發(fā)生脫硝反應(yīng)。除鹽水及氨水進(jìn)靜態(tài)混合器前的管道均設(shè)置單向閥，防止液體倒流。經(jīng)計(jì)算，2臺(tái)鍋爐工況煙氣條件下，20%的氨水耗量約為258 kg／h，除鹽水耗量約為775 kg／h，氨水罐考慮7天的氨水用量，設(shè)計(jì)規(guī)格為D3.6 m×4.5 m，除鹽水箱考慮4 h用量，設(shè)計(jì)規(guī)格為D1.5 m×1.8 m。卸氨泵1臺(tái)，為離心式氟塑料泵，流量為50 m3／h，揚(yáng)程為15 m，1 h內(nèi)可將氨水罐注滿。除鹽水輸送泵及氨水輸送泵各設(shè)2臺(tái)，1用1備，為立式多級(jí)離心泵，304不銹鋼材質(zhì)，流量分別為2 m3／h、1 m3／h，揚(yáng)程均為100 m。除鹽水箱、氨水罐、閥門、過濾器、流量計(jì)、管道、壓力表、靜態(tài)混合器等均為304不銹鋼材質(zhì)。

圖1 SNCR工藝系統(tǒng)

2.2 SCR反應(yīng)器

SCR反應(yīng)器如圖2所示，反應(yīng)器位于省煤器和空氣預(yù)熱器之間，該區(qū)煙氣溫度為320～420℃，為SCR脫硝反應(yīng)較為理想的溫度窗口。SCR反應(yīng)器內(nèi)裝蜂窩式催化劑模塊，模塊規(guī)格為1 910 mm× 970 mm×1 585 mm。本工程每臺(tái)爐配置1臺(tái)反應(yīng)器，設(shè)1層催化劑，共6個(gè)模塊，2行3列矩陣式布置。前段SNCR脫硝未反應(yīng)完的NH3進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在催化劑的作用下，與煙氣中的NOx發(fā)生脫硝反應(yīng)。

圖2 SCR反應(yīng)器

催化劑模塊單重約為1.7 t，6個(gè)模塊合計(jì)約為10.2 t，載荷較大，SCR反應(yīng)器設(shè)置獨(dú)立的支撐鋼架，催化劑模塊采用300 mm×200 mm的H型鋼作為支撐（Q345B），布置在反應(yīng)器底部，橫向中心間距為1 950 mm，縱向中心間距為995 mm。為補(bǔ)償運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱位移，減少反應(yīng)器給基礎(chǔ)和鋼架增加額外載荷，SCR反應(yīng)器與省煤器和空氣預(yù)熱器之間采用高溫金屬膨脹節(jié)連接。SCR反應(yīng)器殼體為6 mm厚鋼板，外部采用14號(hào)工字鋼加強(qiáng)，橫向中心間距為500 mm，縱向中心間距為800 mm，Q345B材質(zhì)，可減緩系統(tǒng)運(yùn)行過程中，煙氣壓力波動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)震顫。SCR反應(yīng)器上部設(shè)置500 mm×500 mm的人孔，便于檢修。為催化劑模塊的安裝及更換提供便利條件，反應(yīng)器底部設(shè)置1 020 mm×1 900 mm的安裝門，頂部設(shè)有電動(dòng)葫蘆。進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙氣顆粒物含量較高，極端條件下可達(dá)60 g／Nm3，屬于高塵區(qū)，大量粉塵淤積，可能堵塞催化劑通道，降低脫硝效率，增加系統(tǒng)阻力，催化劑上方約0.5 m處設(shè)置2臺(tái)聲波吹灰器，可定時(shí)清灰。反應(yīng)器出口煙道安裝在線監(jiān)測(cè)及氨分析儀，對(duì)出口煙氣中的NOx、顆粒物、溫度、壓力、流量、氧含量、逃逸氨等實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，便于系統(tǒng)操作控制。

3 噴槍安裝

噴槍位置的選擇是整個(gè)脫硝系統(tǒng)最關(guān)鍵的地方，噴槍位置的選擇是否合適直接決定了脫硝效率的高低。噴槍位置的選擇主要是通過CFD流場(chǎng)模擬及安裝溫度傳感器測(cè)試爐內(nèi)溫度分布，確定最佳噴射點(diǎn)［9－10］。本工程噴槍位置選在爐膛前墻16.5 m、18.5 m標(biāo)高水平面上，通過溫度傳感器測(cè)試該區(qū)爐內(nèi)溫度為850～1 100℃，為SNCR反應(yīng)的較好溫度范圍。又通過CFD流場(chǎng)模擬，噴槍采用斷面噴射的方式布置（如圖3），分2層，每層4支噴槍，共8支。

圖3 噴槍安裝位置

圖4 噴槍安裝

原鍋爐前墻主要由澆注料、膜式水冷壁、保溫層及外部鋁板構(gòu)成，如圖4。膜式水冷壁為D60 mm的圓管，通過扁鐵連接，相鄰管件外壁間距為19 mm。畫線確定噴槍安裝區(qū)域位置，拆除爐墻外部保溫層、澆注料等，直至漏出水冷壁及連接扁鐵。在管壁間的連接扁鐵上開D19 mm的圓孔，外圍用鋼板焊制320 mm×300 mm×150 mm的安裝箱，圓孔位于安裝箱側(cè)面中心位置。噴槍噴嘴外部防磨套管嵌入D19 mm的圓孔內(nèi)，防磨套管頂部端面與爐墻內(nèi)表面齊平。噴槍安裝套管與水冷壁、連接扁鐵、安裝箱外壁焊接連接，噴槍固定牢固后，恢復(fù)外部區(qū)域拆除的澆注料及保溫層。

4 鍋爐尾部煙道改造

鍋爐尾部煙道主要包括出口煙道、省煤器、空氣預(yù)熱器等。原鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，沒有預(yù)留SCR反應(yīng)器位置，省煤器與空氣預(yù)熱器之間連接煙道規(guī)格為5 438 mm×2 440 mm×1 500 mm（圖5（a）），SCR反應(yīng)器設(shè)計(jì)要求規(guī)格為5 880 mm×2 040 mm×3 200 mm（圖5（b）），連接煙道的長(zhǎng)度、高度及截面積均不能滿足設(shè)計(jì)要求。從連接煙道引出外置式SCR反應(yīng)器，場(chǎng)地位置受到限制，因此，SCR反應(yīng)器設(shè)計(jì)為內(nèi)置式，需改造鍋爐尾部煙道。拆除鍋爐出口至空氣預(yù)熱器之間的煙道、省煤器等，保留空氣預(yù)熱器，將省煤器上移，留出SCR反應(yīng)器的位置，重新設(shè)計(jì)鍋爐出口至空氣預(yù)熱器之間的煙道、省煤器、SCR反應(yīng)器及配套附屬設(shè)施。

圖5 改造前后煙道圖示

5 運(yùn)行效果分析

SNCR＋SCR混合脫硝工藝系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行較為穩(wěn)定，表2為2015年8月19日上午及8月26日下午值班班組運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄。

由表2可見，氨水流量為254.6 L／h、256.8 L／h，對(duì)應(yīng)的除鹽水流量為773.4 L／h、774.7 L／h，原煙氣NOx含量為621～653 mg／Nm3時(shí)，脫硝后可降至152～168 mg／Nm3，逃逸氨含量為1.3～1.9 mg／Nm3。經(jīng)計(jì)算，SNCR＋SCR混合脫硝工藝NH3／NOx摩爾比為1.15～1.25時(shí)，脫硝效率可穩(wěn)定在73.8%～75.6%，滿足環(huán)保排放及設(shè)計(jì)要求。

表2 運(yùn)行數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

a.SNCR＋SCR混合脫硝工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮介質(zhì)特性及運(yùn)行工況條件等因素，對(duì)設(shè)備合理選型選材。

b.通過CFD流場(chǎng)模擬，結(jié)合溫度傳感器測(cè)量爐內(nèi)溫度的方式，可確定噴槍安裝最佳位置。

c.SCR反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，鍋爐尾部煙道需改造，工藝、鍋爐及鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)的對(duì)接、協(xié)調(diào)、配合至關(guān)重要。

d.SNCR＋SCR混合脫硝工藝脫硝效率可達(dá)75%左右，適用于NOx含量較高的中小型燃煤鍋爐煙氣脫硝，滿足環(huán)保排放要求。

e.SCR反應(yīng)器可預(yù)留催化劑層，通過增加催化劑的方式，進(jìn)一步提高脫硝效率，滿足未來更為嚴(yán)格的環(huán)保排放要求。

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Design and Application of 2×75 t／h Pulverized Coal Boiler Flue Gas SNCR＋SCR Mixed Denitration Technology

LIANG Lei
（Jiangsu Yihuan Group Co.，Ltd.，Yixing，Jiangsu 214206，China）

Taking the example of 2×75 t／h pulverized coal boiler flue gas denitrification engineering in given thermal power plant of Shanxi，the SNCR process system，SCR reactor，the spray gun installation and the boiler tail flue transformation are described in de?tail，the operation effect is analyzed.The results show that the mixed SNCR＋SCR denitrification technology has high denitrification ef?ficiency，SCR reactor uses one layer catalyst cooperating SNCR process，denitrification efficiency can reach 75%，this technology is useful for middle and small coal?fired boiler flue gas denitrification with higher NOXcontent and also can satisfy the requirements of en?vironment protection.

Pulverized coal fired boiler；Flue gas denitrification；SNCR and SCR mixed denitration；SCR reactor；Catalyst

X701

A

1004－7913（2016）01－0030－04

梁 磊（1984—），男，碩士，工程師，從事煙氣脫硫、脫硝工程研發(fā)、設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試工作。

2015－11－11）