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1、低氮燃烧加SNCR脱硝技术在220t/ h锅炉上的应用摘要:根据NOx生成原理及控制技术拟定了低氮燃烧加SNCR的 脱硝工艺路线。并结合某220t/h普通煤粉锅炉脱硝项目,分析了具体 工艺流程和技术特点并根据投运效果证明该路线的可行性。关键词:低氮燃烧SNCR脱硝锅炉在我国以煤为主的能源结构导致大气污染物排放总量居高不下, 区域性大气污染问题日趋明显，长三角、珠三角和京津冀地区等城市 群大气污染呈现明显的区域性特征NOx的污染问题尚未得到有效控 制，酸雨的类型已经从硫酸型向硫酸和硝酸复合型转化。燃煤锅炉作 为主要NOx的排放源之一，对其进行减排是必须的,也是紧迫的。随着国家对NOx的排放控制越
2、来越严格燃煤锅炉脱硝的工程应 用技术不断发展。目前对于现役中小型燃煤锅炉，采用高效低氮燃烧 加SNCR脱硝技术已成主流。1 NOx的产生与控制1.1 NOx的产生氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括一氧化氮 (NO)、二氧化氮(NO2)、氧化二氮(N2O)等。在燃烧过程中，产生NOx 按生成机理分为以下三类：(1)在高温燃烧时，空气中的N2和O2在燃烧 中形成的NOx,称为热力性NOx;(2)燃料中有机氮经过化学反应而生 成的NOx,称为燃料型NOx;(3)在火焰边缘形成的快速性NOx。其中 燃料型NOx占60%95%。1.2 NOx的控制技术NOx控制技术主要包括:燃烧前NOx控
3、制技术、燃烧中NOx控 制技术和燃烧后NOx控制技术。燃烧前控制主要是指通过处理，将燃料煤转化为低氮燃烧。由于 难度大，成本高，目前仅限于研究阶段。燃烧中控制技术主要是指低氮燃烧技术。低氮燃烧技术可分为(1) 低氮燃烧器；(2)烟气再循环;(3)燃烧分级燃料;(4)空气分级燃烧。该方 法系统简单,投资少，运行成本低，是最为经济的方法，但该方法脱硝效 率有限，一般低于50%。燃烧后NOx控制技术主要由选择性催化还曝SCR)、选择性非催 化还原(SNCR)和SNCR-SCR混合法等。这些方法都是通过烟气中加 入含氮的还原剂，在一定温度下与烟气中的NOx发生还原反应，生成 无害的氮气和水不同之处是S
4、CR有催化剂的参与，催化剂的参与降低 了反应温度(由不加催化剂的1000C左右降至350C左右)，并且反应 效率很高。一般SCR技术脱硝效率可达90%,但投资大、烟气阻力大、 运行费用高，并且对老锅炉改造困难。对于普通煤粉炉,受喷射点位置、反应温度、反应时间、反应剂与烟气混合程度等因素的影响SNCR的脱硝效率一般为35%60%。2某220t/h锅炉低氮燃烧加SNCR脱硝技术的应用2.1锅炉现状某锅炉是杭州锅炉厂设计制造的NG220/9.8-M10高温高压煤粉 锅炉，于1995年投入运行。该锅炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、 n型布置的固态排渣煤粉炉，露天布置，锅炉前部为炉膛,四周布满膜式 水
5、冷壁，炉顶、水平烟道及转向室均设置了顶棚包墙膜式过管壁尾部 坚进烟道中交错布置两级省煤器和两级空气预热器。锅炉构架采用双框架全钢结构，炉膛、过热器和上级省煤器全悬 吊在顶板梁上，尾部空气预热器和下级省煤器搁置在后部柱和梁上。 该锅炉采用角置直流式煤粉燃烧器，正四角切向布置,假想切园为 gOOmm,采用钢球磨、中间储仓热风送粉系统除渣设备采用湿式水封 除渣装置。锅炉设计参数见表1。目前锅炉燃烧存在以下问题：(1)未采用低氮燃烧技术，锅炉的NOx排放浓度约为496549mg/Nm3(6%氧量，干基);(2)锅炉对煤种适 应性比较差，燃用高挥发分煤时，容易烧损喷口。燃用难燃尽煤时锅炉 的飞灰含碳量很
6、高。2.2低氮燃烧技术的应用低氮燃烧改造方式采用分隔燃尽风(SOFA)的空气分级方案，该方 案具有改造经验丰富，风险可控，改动工作量小等优点。(1) 低氮改造设计指标和保证值。 在锅炉60%100%BMCR负荷范围内，低氮燃烧改造脱硝效率 不低于40%。 低氮燃烧改造前NOx浓度约500mg/Nm3改造后NOx浓度不 高于300mg/Nm3(6%氧量，干基)。 锅炉效率降低值0.3%飞灰可燃物增加值1%,炉渣含碳量增 加值1%。 锅炉汽温、汽压和出力与改造前一致保证锅炉正常运行。 炉膛内应无结渣、结焦和高温腐蚀有效保护锅炉水冷壁，避免 水冷壁由于热负荷不均导致超温爆管的事故。(2) 低氮改造方
7、案。具体改造方案主要包括以下内容。 下一次风燃烧器采用波纹稳燃体的稳燃燃烧器，上一次风采用 强化着火齿形燃烧器。 主燃烧器采用大风箱燃烧器布置模式一次风标高不变二次风 标高根据需要予以调整在主燃区上方较远位置布置二层SOFA燃烧 臾T器o 下部二次风采用偏转二次风系统缩小部分二次风喷口的面积, 并采用偏转二次风系统,以实现“风包粉”燃烧模式，防止锅炉水冷壁的 结渣和高温腐蚀并对锅炉水冷壁管防止超温爆管具有好处。 SOFA喷口设计为具有上下和水平摆动功能，从而可以调整燃 尽风穿透深度和混合效果,并有效防止炉膛出口过大的扭转残余。 SOFA的水平摆角范围可进一步增大，以增强降低炉膛出口扭转残余 的
8、能力。 三次风、上上二次风、上二次风和上一次风具有上下摆动能力 可以更好地适应煤种变化和便于热态调整。(3)低氮燃烧改造后运行效果。该锅炉于2010年4月采用基于SOFA的空气分级完成后,在锅炉 运行负荷为165200t/h时,NOx浓度能稳定控制在300mg/Nm3(6%氧 量,干基)以下,较改造前脱硝率大于40%,能达到设计指标。2.3 SNCR技术应用采取SNCR技术能在低氮燃烧改造的基础上进一步降低NOx排 放，使NOx排放浓度降低到V200mg/Nm3（6%氧量,干基），以满足更高 的环保要求。SNCR脱硝效率较高，投资小，锅炉改动少，特别适合现役 锅炉改造。（1）SNCR系统主要设
9、计指标。 在锅炉60%100%BMCR负荷范围内,SNCR系统脱硝效率不 低于40%。 SNCR投运前NOx排放浓度不高于300mg/Nm3投运后NOx 排放浓度不高于200mg/Nm3（6%氧量，干基）。 NH3逃逸控制在8mg/m3以下。（2）SNCR系统的布置。SNCR系统的布置主要分为两部分尿素溶液制备稀释区（尿素站） 和炉前喷射区。尿素站主要包含干尿素储存间、尿素溶解罐、尿素溶 液储罐、供料泵、稀释泵、在线稀释模块及配套的电气自控系统等； 炉前喷射区主要包含尿素溶液分配模块、喷枪及配套的自控系统等。本项目采用墙式双流体喷枪，并附有仲缩装置。为适应锅炉负荷 变化的需要，设置3个喷射层。
10、根据CFD模拟结果，设置喷射层的标高 为上层26.55m，中层24.3m,下层23.0m。下层喷射区共8支喷枪，前、 后墙3支,侧墙各1支;中层喷射区有6支喷枪，前墙4支,侧墙各1支；上层喷射区有7支喷枪，前墙5支,侧墙各1支。（3）SNCR的工艺流程。SNCR的工艺流程为:袋装的干尿素用卡车运输至尿素储存间中 在尿素溶解罐中干尿素与水充分混合成50%的尿素溶液，并由循环泵 储存在尿素溶液储罐中,50%的尿素溶液经过稀释转为10%的尿素溶 液，通过供料泵进入尿素溶液母管。尿素溶液母管引入炉前的SNCR 喷射系统，稀释后的尿素溶液、雾化用压缩空气经喷射模块的计量分 配装置分别进入锅炉本体喷射器后
11、喷入炉膛，与烟气进行化学反应去 除 NOx。（4）实际运行效果。该锅炉于2010年8月完成SNCR系统改造。在锅炉运行负荷为 约195t/h时,SNCR投运前NOx浓度为290mg/Nm3（6%氧量,干基），投 运后NOx浓度能稳定控制在171mg/Nm3（6%氧量，干基）,NH3逃逸浓 度为3mg/m3脱硝率为41%,优于设计指标。2.4低氮燃烧加SNCR的效果从该锅炉的运行效果看,低氮燃烧加SNCR的综合脱硝率大于 65%,NOx排放浓度小于200mg/Nm3（6%氧量,干基），足以满足现行的 环保要求。并且低氮燃烧提高了锅炉燃煤的适用性解决了易烧喷口、 飞灰含碳量高的缺陷。经测算低氮燃烧
12、加SNCR系统综合运行成本只有约0.4分/度电，约为SCR的1/5。3结语对220t/h普通煤粉锅炉，采用基于SOFA炉内深度空气分级的 低氮燃烧技术可实现NOX减排40%以上,SNCR系统可实现NOX减 排40%以上,其综合脱硝效率大于65%，最终NOX排放浓度低于 200mg/Nm3。(2) 基于SOFA的炉内深度空气分级的SOFA喷口可左右上下摆动 有利于调节烟温水平和炉膛出口烟温偏斜有利于SNCR技术中喷氨 的混合均匀，防止喷氨带来的汽温偏低问题提高脱硝率。(3) 目前，对于大多数老的普通煤粉锅炉均未进行NOx减排改造。 基于SOFA的炉内深度空气分级加SNCR技术的联合成功应用，为同 类锅炉提供了借鉴，该方法特别适合老锅炉的改造工程。参考文献1吕洪坤，杨卫娟,周志军，等.选择性非催化还原法在电站锅炉 上的应用J.中国电机工程学报2008,28(23):1419.2周国民，唐建成,胡振广，等.燃煤锅炉SNCR脱硝技术应用研究J.电站系统工程,2010,26(1):1421.3 吴碧君，刘晓勤.燃烧过程NOx的控制技术与原理J.电力环 境保护,2004,20(2):2433.4 历文清，王建伟.低NOx燃烧技术在黄埔电厂5号炉上的应 用J.廿肃电力技术,2007,3(3):17-19.
