【技術(shù)】大型循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝提效分析

SNCR脫硝技術(shù)具有投資少、運(yùn)行成本低、鍋爐改運(yùn)小等優(yōu)勢，在各類鍋爐中得到應(yīng)用。循環(huán)流化床鍋爐的旋風(fēng)分離器在煙氣的滯留時(shí)間、還原劑混合等方面均優(yōu)于其他爐型。本文以1150t/h超臨界循環(huán)流化床鍋爐為模型，探討選擇合適的還原劑，提高脫硝效率，使煙氣中NOx排放達(dá)到國家新限值的要求。

1脫硝效率影響因素分析

還原劑種類、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、還原劑混合、氨氮比是影響循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝效率的重要因素。因此從這4個(gè)方面探討對(duì)SNCR脫硝效率的影響。

SNCR脫硝系統(tǒng)的最佳反應(yīng)條件是溫度880～1100℃之間，反應(yīng)時(shí)間大于0.4s。分離器區(qū)域煙氣溫度在850～950℃之間，區(qū)域內(nèi)溫度基本保持不變。經(jīng)過實(shí)測和流場計(jì)算，煙氣在分離器的平均滯留時(shí)間大于1s，超過最佳反應(yīng)停留時(shí)間0.6s，具備充分反應(yīng)的條件，因此循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道是最合適的還原劑注射點(diǎn)。氨氮比與氨逃逸量是正比關(guān)系，即氨氮比增大時(shí)，脫硝效率提高，但氨逃逸量增大，并且脫硝效率的提高速率隨氨氮比的增大而降低，因此提高氨氮比并不能從根本上解決SNCR脫硝效率偏低的問題。以下重點(diǎn)分析不同還原劑對(duì)脫硝效率及爐效的影響。

2SNCR脫硝還原劑分析

脫硝的還原劑均是含氮的物質(zhì)，目前最為廣泛的有液氨、氨水、尿素3種。

液氨，分子式NH3，易溶于水，爆炸極限為16%～25%，有毒，對(duì)人體有腐蝕性，應(yīng)存儲(chǔ)在專用庫房，大量存放需要獲得安監(jiān)和消防部門許可。作為還原劑優(yōu)點(diǎn):以氣體形式噴入，對(duì)爐后煙氣流速和排煙溫度影響最小，不會(huì)產(chǎn)生濕壁現(xiàn)象，對(duì)澆筑料無損傷;以液體的形式儲(chǔ)存，占用體積小。缺點(diǎn):有毒、可燃、可爆，存儲(chǔ)和使用安全防護(hù)高，存儲(chǔ)罐和輸運(yùn)管道需要特別處理。

氨水即氨的水溶液，分子式NH3˙H2O，容易揮發(fā)逸出，有一定的毒性。其腐蝕性較強(qiáng)，儲(chǔ)運(yùn)、使用時(shí)有一定的操作安全要求，工業(yè)用氨水通常為20%或25%濃度。作為還原劑優(yōu)點(diǎn):儲(chǔ)存、輸送和處理都比液氨簡單;噴射剛性、穿透能力比氨氣強(qiáng)。缺點(diǎn):含有大量的稀釋水，儲(chǔ)運(yùn)量和輸送系統(tǒng)比氨系統(tǒng)龐大。氨水還原NO的化學(xué)原理與液氨相同。

尿素，分子式(NH4)2CO，吸濕性強(qiáng)，含氮量在46%以上，常壓下熔點(diǎn)為132.6℃，超過熔點(diǎn)則分解。作為還原劑優(yōu)點(diǎn):無毒性，腐蝕性弱，儲(chǔ)運(yùn)方便，使用簡單，不會(huì)燃燒和爆炸;溶液的揮發(fā)性比氨水小，穿透性好;合適溫度范圍是950～1150℃，適于煤粉鍋爐脫硝系統(tǒng)使用。缺點(diǎn):尿素水解的中間產(chǎn)物尿素—甲銨溶液具有很強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)大多數(shù)金屬有強(qiáng)烈腐蝕作用;脫硝反應(yīng)溫度窗口(脫硝適合的反應(yīng)區(qū)溫度)比氨水高50～100℃。

3還原劑對(duì)SNCR脫硝效率的影響

以氨為還原劑的反應(yīng)表達(dá)式如下:

在有氧的條件下4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O在無氧(或者缺氧)的條件下8NH3+6NO2→7N2+12H2O該反應(yīng)沒有產(chǎn)生副產(chǎn)物，對(duì)氧氣量的需求較大，循環(huán)流化床鍋爐出口的過量空氣系數(shù)為1.2左右，可以滿足該反應(yīng)條件要求。以尿素為還原劑的反應(yīng)如下:(NH4)2C0→2NH2+CONH2+NO→N2+H2OCO+NO→N2+CO2此反應(yīng)存在CO和氨的排放控制問題。不同還原劑對(duì)應(yīng)不同溫度窗口，SNCR脫硝效率對(duì)反應(yīng)溫度非常敏感，當(dāng)反應(yīng)偏離溫度窗口，反應(yīng)速度慢，還原劑的逃逸量增加，降低脫硝效率。國外試驗(yàn)表明，溫度區(qū)間位于800～950℃之間時(shí)，選用液氨或氨水脫硝效率要高于尿素;1000℃以上是尿素的溫度窗口，此時(shí)尿素的脫硝效率高于氨，如圖1所示。

圖1不同溫度下氨和尿素的脫硝效率

循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道的煙氣溫度在800～950℃之間，氨(氨水)作為還原劑，理論脫硝效率可以達(dá)到85%。尿素溶液含水量大，通常經(jīng)歷液滴蒸發(fā)、破碎、高溫?zé)峤馍砂睔?，完成還原反應(yīng)過程，這些過程增加反應(yīng)周期，縮短有效反應(yīng)時(shí)間。氨水含水量也大，系統(tǒng)噴射的液滴經(jīng)過蒸發(fā)釋放氨和還原反應(yīng)過程。氨系統(tǒng)直接向分離器噴射稀釋后的氨氣，氣態(tài)的氨直接參加還原反應(yīng)。

從反應(yīng)過程看，流化床鍋爐運(yùn)行條件下，液氨系統(tǒng)有效反應(yīng)時(shí)間最短，氨水系統(tǒng)次之，尿素系統(tǒng)最差。