SNCR+SCR联合脱硝技术在循环流化床锅炉超低排放改造中的运用

作者:未知

  摘 要:山西汾西矿业(集团)有限责任公司发电厂对原有2×220t/h循环流化床机组脱硝进行改造,改造后脱硝效率达到超低排放标准。本着重阐述SNCR+SCR联合脱硝技术在本锅炉改造上的实践经验,对其他电厂脱硝改造起借鉴作用。
  关键词:循环流化床锅炉;SCR;SNCR;省煤器
  根据《晋中市大气污染防治2017年行动计划》,汾西矿业集团发电厂对现有2X220t/h循环流化床锅炉已建SNCR脱硝系统进行改造,改造省煤器为H型鳍片型省煤器,新建SCR脱硝系统,达到NOx排放浓度小于50mg/m3的超低排放标准。
  1 循环流化床SNCR+SCR联合脱硝技术发展情况
  循环流化床锅炉具有低NOx排放,可燃用劣质燃料等优势,在中小机组中得到大量应用。据统计,我国现有不同容量的循环流化床锅炉近3000台,约63000MW的容量投入商业运行,占电力行业中锅炉总台数的1/3。
  在采用低氮燃烧措施下,循环流化床锅炉的NOx排放可以控制在200mg/m3以内。由于循环流化床本身NOx排放浓度比较低,目前脱硝主要采用SNCR工艺,SNCR+SCR联合脱硝技术运用案例还较少。但随着环保要求的日益严格,SNCR工艺已经不能满足NOx超低排放要求。SCR脱硝工艺虽然能满足脱硝效率,但是和SNCR+SCR联合脱硝技术比较而言,SCR脱硝技术具有投资高、运行费用较高、占用炉后空间大等缺点,也不适合循环流化床机组脱硝改造。
  2 幾种脱硝工艺介绍
  2.1 SNCR脱硝
  SNCR是指在无催化剂的作用下,在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。本采用炉内尿素作为还原剂还原NOx。还原剂只和烟气中的NOx反应,一般不与氧反应,该技术不采用催化剂,所以这种方法被称为选择性非催化还原法(SNCR)。
  主要反应如下:
  4NH3+4NO+4O2→4N2+6H2O;
  NO2+NO+2NH3→2N2+3H2O;
  6NO2+8NH3→7N2+12H2O;
  由于该工艺不用催化剂,因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850~1100℃的区域,NH3与烟气中的NOx反应生成N2和H2O。本工程循环流化床锅炉分离器、进出口烟道等部位的温度在800~900℃之间,正好SNCR的最佳反应温度窗口。在980℃条件下SNCR的脱硝效率达到最大,在此温度下N2O生成量随氨氮摩尔比提高的增加程度最大,为了保证脱硝效率同时降低氨泄漏和N2O的生成,氨氮摩尔比在1~1.5范围内较为合适。
  2.2 SCR脱硝工艺
  SCR的原理是在300~410℃条件下,还原剂NH3在催化剂作用下将NO和NO2还原成N2,而几乎不发生NH3的氧化反应,从而提高N2的选择性,减少了NH3的消耗。
  主要反应如下:
  4NH3+4NO+4O2→4N2+6H2O
  2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O
  6NO+4NH3→5N2+6H2O
  6NO2+8NH3→7N2+12H2O
  2.3 SNCR+SCR联合脱硝工艺
  为了充分发挥SNCR的低成本和SCR高效率的优势,充分利用SNCR逃逸的氨气,本电厂采用SNCR+SCR联合工艺进行脱硝:先将还原剂喷入旋风分离器出入口水平烟道,在高温下还原剂与烟气中的氮氧化物发生还原反应,初步脱硝后,未反应完全的还原剂进入设在上下级省煤器之间的SCR反应器,在有催化剂参与的情况下进一步脱除氮氧化物。SNCR 的脱除效率虽然相对较低,但本项目通过延长还原剂在系统内的停留时间,并提高与烟气的混合程度,使脱硝率超过了60%。SNCR/SCR联合脱硝效率可达到87.5%。今后SNCR+SCR联合脱硝工艺必将是循环流化床脱硝改造首选工艺。
  3 SNCR+SCR联合脱硝改造方案
  3.1 SNCR改造方案
  本电厂脱硝系统采用SNCR+SCR联合技术,还原剂为5%的尿素溶液。尿素存储和溶液制备区按2台锅炉设计,每台锅炉设置一套尿素溶液稀释及喷射系统。
  尿素溶液储存及制备系统利用原SNCR系统的原设备,更换了流量较低的尿素溶液供给泵、更换了不合适管路和增加了喷枪的数量后,基本能达到SNCR的脱硝效率的要求。
  3.2 SCR改造方案
  本次改造将原第一、三级省煤器重新布置,去第二级省煤器。在新的两级省煤器之间布置SCR装置,同时在省煤器和SCR装置之间保留合理的检修空间。第一、三级省煤器因空间受限需将受热面改造为H型鳍片管,管子上的H型鳍片为扩展受热面,增大了受热面管的实际传热面积,使在现有烟道内有限的空间中增加受热面成为可能。同时由于H型鳍片管特殊的结构形式,可改变该区域的烟气流场,具有更好的自吹灰能力和防磨能力。同时由于H型鳍片管,降低烟气流通面积,提高烟气速度,增大了传热系数,增大了传热量,降低了烟气出口温度,提高锅炉效率。
  4 改造效果
  2017 年10 月实施的山西汾西矿业(集团)有限责任公司发电厂2×220t/h循环流床锅炉脱硝超低排放技术改造,并顺利投入运行,2018年3月,经测试结果表明,在锅炉负荷为2×220t/h时,反应器出口NOx浓度仅为15.17mg/Nm3,除尘效率达到87.5%,效果极为显著,该项目是SNCR+SCR联合脱硝技术成功应用的一个案例。
  5 结论
  通过NCR+SCR联合脱硝技术的运用,既解决了循环流化床超低排放项目改造过程中炉后空间狭小的问题,又使得改造费用大为降低。同时,由于脱硝系统阻力较小,整个系统运行费用较低,发生的堵塞风险比较小。改造后NOx排放浓度仅为15.17mg/Nm3,远低于环保要求的排放标准,效果显著。可为其他电厂提供超低排放改造提供借鉴。
  参考文献:
  [1]李穹,吴玉新,杨海瑞,等.SNCR脱硝特性的模拟及优化[J].化工学报,2013,64(5)1789-1796.
  [2]李穹.循环流化床锅炉SNCR脱硝关键技术开发[D].北京:清华大学,2013.
  [3]屈卫东,周建强,杨建华,等.循环流化床锅炉SNCR脱硝系统优化及应用[J].热力发电,2014,41(3):133-136.
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