循環(huán)流化床鍋爐脫硝技術(shù)改造與運行分析

　　1 前言

　　某大型化工公司熱電廠配置2臺75t/h 、1臺130t/h、1臺2 4 0 t/ h循環(huán)流化床鍋爐，1臺1 2MW汽輪發(fā)電機(jī)組，為全公司數(shù)套化工生產(chǎn)裝置供3種不同規(guī)格的蒸汽和部分電力。其中2臺75t/ h、1臺24 0t/ h鍋爐原始排放NOx濃度在20 0～3 50mg/Nm3(干態(tài)，6%氧氣)，1臺130t/ h鍋爐在現(xiàn)有的原始排放NOx濃度500～600mg/Nm3(干態(tài)，6%氧氣)。按照《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)規(guī)定：自2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組，現(xiàn)有循環(huán)流化床火力發(fā)電鍋爐NOx排放值應(yīng)控制在200mg/Nm3以內(nèi)。因此進(jìn)行鍋爐脫硝技術(shù)應(yīng)用研究，選擇合適的脫硝技術(shù)實施改造已迫在眉睫。

　　2 鍋爐煙氣脫硝及氨水制備技術(shù)路線的選擇

　　2.1 鍋爐煙氣脫硝技術(shù)路線的選擇

　　在鍋爐脫硝技術(shù)的選擇上，通過對主要煙氣脫硝工藝技術(shù)進(jìn)行分析、比較、研究，根據(jù)不同的脫硝工藝技術(shù)特點，結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐NOx排放的具體情況，確定采用適合循環(huán)流化床鍋爐的SNCR脫硝技術(shù)。SNCR脫硝工藝技術(shù)原理是在爐膛或煙道合適溫度(850～1000℃)的位置噴入氨基還原劑(或尿素)，無需催化劑，利用還原劑釋放出的N H 3將煙氣中的NOx還原為無害的N 2和H 2O。因循環(huán)流化床鍋爐爐膛溫度較低，在850～9 00℃之間，燃燒生成的氮氧化物主要是燃料氮氧化物，一般在300mg/Nm3左右。循環(huán)流化床鍋爐采用SNCR脫硝技術(shù)即可獲得70%以上的脫硝效率，滿足NOx實際排放濃度低于100mg/Nm3的排放要求，且SNCR技術(shù)對爐內(nèi)工況基本無影響，并具有投資小，運行成本低特點，非常適用于循環(huán)流化床鍋爐。

　　2.2 氨水制備技術(shù)路線的選擇

　　SNCR脫硝技術(shù)所用的還原劑一般為液氨、氨水和尿素等，在脫硝還原劑的選擇上，綜合考慮還原劑的儲存條件、儲存方式、制備過程中操作與控制、成本等因素，結(jié)合公司現(xiàn)有液氨儲存系統(tǒng)和管理經(jīng)驗，及液氨稀釋技術(shù)的發(fā)展情況，確定脫硝劑使用20%濃度左右的氨水，并采用以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統(tǒng)來制備。

　　2.2.1 傳統(tǒng)液氨制備氨水工藝技術(shù)

　　由于液氨與水生成氨水是一個放熱過程，放出的熱量會使液氨氣化，要產(chǎn)生液擊現(xiàn)象，因此傳統(tǒng)的液氨制氨水工藝是先將液氨氣化，然后用強(qiáng)化器循環(huán)吸收制為氨水。國內(nèi)大部分工業(yè)氨水生產(chǎn)裝置都是采用排管式換熱器，這種裝置不能一次性制備出合格氨水，需要2臺30kW左右的氨水泵，兩個大的氨水制備貯槽及大量的冷卻水，不斷進(jìn)行循環(huán)吸收，歷時2h才能制備出合格氨水。其特點為：生產(chǎn)出合格產(chǎn)品需要時間長、電耗高、產(chǎn)量低、設(shè)備占地面積大，生產(chǎn)環(huán)境差。也有企業(yè)將排管式換熱器改為液氨蒸發(fā)器石墨降膜吸收塔，較之排管式換熱器有一定的改良，環(huán)境要好一點，但能耗大、冷卻水用量大、設(shè)備多，生產(chǎn)強(qiáng)度受水溫影響較大。

　　一部分生產(chǎn)量較少的裝置，采用多個可承壓貯槽串聯(lián)吸收液氨，各貯槽需要采用階梯型布置或槽之間串氨水泵，通入液氨，再進(jìn)行靜置降溫后使用。還有一部分氨水用量很少的氨水用戶，采用的是非常原始的方法，就是用水淋方式將液氨汽化，再直接通入軟水中或去離子水中吸收，該方法氨的損失較大。

　　以上傳統(tǒng)液氨制備氨水的工藝，或因為受溫度的限制，生產(chǎn)設(shè)備多、生產(chǎn)周期長且要占用相當(dāng)大的場地，設(shè)備故障率相對較很高，或系統(tǒng)相對較為簡單，但氨損失均相當(dāng)嚴(yán)重，生產(chǎn)現(xiàn)場氣味很大，操作工人的身體易受到傷害。

　　2.2.2 以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統(tǒng)技術(shù)

　　以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統(tǒng)，其生產(chǎn)原理為：軟化水、液氨按比例進(jìn)入超級吸氨器，直接不循環(huán)吸收得到所需濃度的工業(yè)氨水。該系統(tǒng)不再需要循環(huán)制備增濃，單程即可制備濃度高達(dá)30%的氨水，可與SNCR脫硝主體工程的氨水輸送系統(tǒng)統(tǒng)一整體布置。

　　2.2.3. 超級吸氨器的工作原理

　　液氨稀釋系統(tǒng)的核心設(shè)備超級吸氨器，是一種超速反應(yīng)吸氨器，可以將液氨與工藝水按比例快速混合不循環(huán)吸收為用戶提供所需濃度的氨水，其工作原理見圖1。超級吸氨器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為板式換熱器，材質(zhì)是不銹鋼的，本體為密閉結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)有隔板，將吸氨器本體隔為三個空間，并在隔板底部相連通，每個空間相當(dāng)于一個換熱器，每個換熱器均由數(shù)片波板組合而成，每個換熱器均有相互交錯隔離的兩個流道，分別輸送兩種不同的換熱介質(zhì)。第3換熱器上端的吸氨器本體上設(shè)有脫鹽水進(jìn)口，在脫鹽水入口一端設(shè)有氨氣進(jìn)口、循環(huán)冷卻水出口，連接氨氣進(jìn)口設(shè)有帶孔的噴氨管和氨水分布器，便于氨水均勻分布進(jìn)入換熱器內(nèi)。

　　成品氨水出口設(shè)置在第2換熱器上，第1換熱器設(shè)有液氨進(jìn)口和循環(huán)冷去水進(jìn)口。液氨從設(shè)備液氨進(jìn)口進(jìn)入后，被均勻的分配到波紋板換熱器中，在換熱器中液氨與循環(huán)水換熱氣化，氣化后的氨通過入噴氨管與脫鹽水混合，并通過氨水分布器均勻地進(jìn)換熱器內(nèi)。超級吸氨器采用分布器多點注氨，形成多界面的高效混合過程，大大加快了液氨溶解的速度，提高氨水制備效率。為了達(dá)到更好注入效果，需要在氨水分布器的分配支管上適當(dāng)開孔，這樣能有效保證混合效果。通過在設(shè)備進(jìn)水口設(shè)置脫鹽水調(diào)節(jié)閥門來控制脫鹽水的流量，利用脫鹽水水流量調(diào)節(jié)配置不同濃度的氨水。液氨溶解于水的過程中將產(chǎn)生大量的熱量，用循環(huán)冷卻水將液氨溶解過程中產(chǎn)生的熱量移走，得到濃度30%以下的任何濃度合格的氨水。

　　超級吸氨器是一種既環(huán)保又節(jié)能的生產(chǎn)設(shè)備，其特點為：①混合的過程與移熱的過程同時進(jìn)行，設(shè)備緊湊，體系溫度穩(wěn)定，氨水濃度控制靈活，不會出現(xiàn)超溫超壓現(xiàn)象，設(shè)備運行安全。②超級吸氨器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為板式換熱器，運行安全可靠。③占地面積少，主體為1個長、寬不到1m，高2m左右的箱體。