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上海湛流环保工程有限公司

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CFB锅炉烟气SNCR脱
发布时间:2019-08-13 09:12
SNCR技术概述

1.1 技术原理

选择性非催化还原法(Selective Non-Catalytic ReductionSNCR)脱工艺是在不使用催化剂的条件下,将氨水、尿素等还原剂喷入锅炉炉内,先热分解成NH3,再与NOx进行选择性氧化还原反应,生成无害的氮气和水的一种脱方法。该技术以炉膛为反应器,将还原剂喷入炉膛温度为850-1100度的区域,还原剂迅速热分解NH3与烟气中的NOx反应生成N2H2O

1.2 技术特点

SNCR烟气脱技术的主要特点为:脱效果较明显,应用在大型燃煤锅炉上能够达到30%-50%NOx倍除率;在中小型燃煤上(特别是循环流化床锅炉)可达到50%-70%的脱效率;还原剂多样易得;脱除NOx的还原剂一般都是含氮的物质,包括氨、尿素和各种铵盐,应用广泛的是氨和尿素;SNCR脱系统运行过程没有任何固体或液体的污染物或副产物生成,无二次污染;阻力小,对锅炉的正常运行影响较小;投资成本和运行成本低;系统简单;不需要改变现有锅炉的设备设置,只需增加还原剂的储存模块、稀释计量模块、分配喷射模块;施工时间短。

1.3 雾化喷枪

雾化喷枪是SMCR脱系统的关键设备,一般由压缩气体系统、液体管路系统、雾化喷枪、喷枪保护套管组成。为了达到良好的脱效率,对于不同类型、容量的锅炉,雾化喷枪的运行参数是不同的,其设计参数由CFD模拟确定。

经过试验研究、工程实践已成功研发出一种对锅炉烟气SNCR脱系统适应性较好的雾化喷枪,防爆管雾化喷枪。该喷枪制造过程可以通过改变液体室、雾化室、喷嘴出口孔径等参数,运行过程可控制液体、气体的压力等参数,从而实现良好的雾化效果,以满足脱系统所需。该喷射器结构简单、造价低、无易耗品;雾化效果好,不产生液滴,对水冷壁没有不良影响;雾化气源可选择压缩空气或过热蒸汽。

1.4 影响因素

1.4.1 反应温度

以尿素作为SNCR的还原剂,其反应的温度窗口为850-1150度。锅炉炉膛随运行负荷的变化呈规律性分布,所以向炉膛中喷入还原剂的喷射器应当采用分层布置,以适应锅炉负荷的变化,确保喷射点在最佳反应窗口内。一般来说,SNCR温度窗口大体对应于锅炉燃烧器上部至折焰角之间的区域。炉膛温度较高的循环流化床锅炉,可将还原剂的喷射器布置在炉

膛与分离器之间的水平烟道上。

1.4.2 NH3 x摩尔比

一般情况下,NH3 x摩尔比取值1.0-2.0之间,最大不超过2.5。氨氮比增大虽然有利于NOx的还原,但是NH3泄漏量会随之增加。在SNCR脱系统运行中,于脱效果与运行成本的考虑,一般选1.4-1.6NH3 x摩尔比。

1.4.3 停留时间

SNCR脱反应过程包括:从喷射器中射出的尿素溶液与烟气混合;尿素溶液中水的蒸发;尿素被高稳解成NH3NOxNH2反应生产N2H2O。上述反应过程都在温度窗口内完成是SNCR系统取得理想效果的重要保证。因此,延长还原剂在温度窗口下的停留时间脱反应充分进行的非常必要的条件。研究表明,停留时间与锅炉结构有较大的关系,应该保证停留时间在0.7-1.0s

1.4.4 其他因素

氧含量是SNCR还原反应进行的一个重要因素:没有O2存在条件下,NOx脱除效率很低;当O2浓度从2%增加到4%时,还原NOx的量不随其变化;随O2浓度进一步增加,脱效率反而下降。为了提高SNCR的脱效率、降低温度窗口,可投入的添加剂有H2CH4CO等。

工程实例

2010年,广州某纺织印染有限责任公司自备电厂4*75t/hCFB锅炉烟气进行降氮脱改造。改造前,NOx排放浓度约为500MG/M3,环保治理要求NOx排放浓度低于200mg/m3,且脱效率不小于60%。本工程采用SNCR技术对FCB锅炉燃煤产生的NOx进行处理。经CFB模拟确定:喷射器分两层设置炉膛的上部(高程分别为20m24m),工作点温度约为850度。尿素溶液在喷射器中被压缩空气雾化,以微细液滴状态喷入炉膛;在高温什么样下,尿素被热解成NH2CO并选择性的与烟气中的NOx发生氧化还原反应,生成N2H2O,造成微量的NH3逃逸。

3.1 SNCR脱系统的组成

3.1.1 尿素供应站

尿素存储系统、尿素溶液配制系统和尿素溶液储存系统集中布置,共同组成尿素供应站。尿素供应站占地面积约80m2,高约7m。它的主要设备包括尿素配制罐、尿素溶液储罐、尿素溶液输送泵和尿素溶液循环模块。在尿素站内,完成尿素储存、尿素溶液配制与储存的任务,将质量浓度50%尿素溶液泵送到锅炉平台的稀释计量模拟。

3.1.2 稀释计量模块

稀释计量模块布置于锅炉7m平台上,每台锅炉设置1套稀释计量模块。每套稀释计量模块的主要设备包括稀释水输送泵、电磁流量计、混合器、电动阀及监控仪表。稀释计量模块的任务是:准确计量进入模块的稀释水流量、尿素溶液流量,经混合器将尿素溶液稀释成5%喷射液,并将其输送至炉前的喷射模块。

3.1.3 炉前喷射模块

每台锅炉喷射器分两层布置(下层3个喷射器、上层4个喷射器),以适应锅炉负荷变化引起的炉膛烟气温度变化,使尿素溶液在最佳反应温度窗口喷入炉膛。每层喷射器设置1套喷射模块以控制该层喷射器是否投运及每个喷射器的喷射量。各喷射器的尿素管道和压缩空气管道均设有调节阀门及监控仪表,控制控制喷射器的流量。喷射器以快装接头形式与锅炉外墙连接,方便不投运的喷射器及时退出炉膛避免高温受热。

3.1.4 自动控制系统

尿素站使用独立PLC系统,采用现场钟触屏控制。每台锅炉均设置单独的PLC控制系统,各配备一套上位机系统,预留与厂方DCS通迅接口;设有历史记录、报警查询等功能。控制系统根据现场传感器采集的信号,监视、控制与调节主要设备运行情况,实现脱系统的高效、安全运行。

3.2 SNCR脱系统的调节与试运行

通过调试确定SNCR脱系统及各设备的控制参数,为制定运行规程提供试验依据。当喷射尿素质量浓度为5%、运行负荷为75%时,投运下层喷枪的脱效率为62.5%、投运上层喷枪的脱效率为54.5%;当喷射尿素溶液质量浓度为5%、运行负荷为95%时,投运下层喷枪的脱效率的脱效率为53.8%、投运上层喷枪的脱效率为63.5%。可见根据锅炉运行负荷选择脱系统喷射导对脱情况、脱效果与CFD模拟吻合。为了保证脱效率>60%,运行负荷低于80%时,应当投运下层喷枪;运行负荷大于80%时,应当投运上层喷枪。

通过168h试运行,循环流化床锅炉SNCR脱系统运行稳定可靠;能够以合适的经济状态满足脱要求;脱技术指标达到设计要求。

3.3 监测结果

在喷射尿素溶液质量浓度为5%时,经广州市环境保护监测站监测,脱系统运行主要效果指标达到预定目标:脱效率>60%NOx排放浓度低于200mg/m3。系统氨逃逸浓度低于设计值