锅炉脱硝SNCR系统提效降耗优化应用

锅炉脱硝SNCR系统提效降耗优化应用

李想

天津汇能朗天环保设备有限公司，天津市，301901

摘要：近几年，循环流化床锅炉在工业企业得到了广泛的应用，与工业企业生产利润建立了紧密的联系。而脱硝是循环流化床锅炉运行的重要环节，SNCR系统是主要用脱硝设施。在锅炉脱硝SNCR系统运行过程中，存在效率不高、资源耗费量大等问题，影响了锅炉运行效益。因此，探究循环流化床锅炉脱硝SNCR系统的提效降耗优化方案具有非常突出的现实意义。

关键词：锅炉脱硝；SNCR系统；提效降耗；优化应用

1SNCR脱硝技术

选择性非催化还原技术是指无催化剂作用下，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。常用的还原剂有氨水、尿素液等，温度窗口为900～1100℃。还原剂选择以尿素液为例，主要包括尿素液搅拌槽、尿素液输送泵、尿素液输送电磁阀、尿素液储罐、尿素液泵、尿素液流量调节阀、尿素液流量计、尿素液压力计、稀释水储罐、稀释水泵、稀释水流量调节阀、稀释水流量计、稀释水压力计、混合器、喷枪等。

2锅炉脱硝SNCR系统运行现状

2.1运行损耗

240t/h锅炉炉膛出口氮氧化物的实际浓度最高可达650mg/Nm3。经脱硝SNCR系统处理后，循环流化床锅炉出口氮氧化物实际排放浓度在140mg/Nm3以上，200mg/Nm3以内，基本达到预期设计目标。但由于240t/h循环流化床锅炉炉膛出口原有氮氧化物浓度超标，脱硝SNCR系统处理后的氮氧化物排放浓度无法满足重点区域大气污染物排放限值（100mg/Nm3）的要求。2017年，该企业利用低氮燃烧改造的机会，对脱硝SNCR系统进行了改造。改造后，锅炉脱硝SNCR系统排放的烟气中氮氧化物含量达到重点地区大气污染物排放限值要求，脱硝SNCR系统氨耗达到每小时280公斤。同时，当240t/h循环流化床锅炉的负荷低于205t/h时，很难将烟气中的氮氧化物含量控制在50mg/Nm3以下，并且当主回路完全打开而没有剩余时，脱硝SNCR系统的氨水消耗量超过500kg/h。特别是当给煤机停运或负荷波动较大时，无法保证烟气中氮氧化物排放量在50mg/Nm3以内；当240t/h循环流化床锅炉的负荷高于205t/h时，需要额外打开一个氨旁通阀，导致氨消耗超过800kg/h。一般情况下，循环流化床锅炉脱硝SNCR系统在运行过程中，氮氧化物排放量基本控制在50mg/Nm3以内。然而，系统在运行过程中的实际氨消耗相对较高，运行成本处于较高水平。同时，循环流化床锅炉空气预热器中大量氨的注入伴随着氨的腐蚀和大量氨从烟道中逸出，对锅炉的运行效率造成了重大不利影响。

2.2运行效率

根据现有240t/h循环流化床锅炉脱硝SNCR系统的组成，包括氨水供应系统、氨水储存系统、氨水稀释和计量系统、高流量循环管道、注入系统、控制系统、配电系统、电气系统等部分。在实际操作过程中，高流量循环模块首先提取20%的氨溶液，氨溶液来源于氨储罐。萃取成功后，通过背压阀组返回氨储罐，整个过程中循环管道中的压力保持在0.8MPa。同时，氨计量系统从高流量循环管道开始，通过流量计和调节阀进行氨的定量计量。模块中的稀释子系统基于计量结构吸收定量稀释水，稀释水源来自稀释水箱。然后，氨水和稀释水在后混合器中混合，以获得5%的氨水。最后，分配系统将5%的氨水分配到几个喷枪中，喷枪由压缩空气驱动，完成氨的雾化。雾化后的氨水可以进入锅炉内部。由于喷枪布局和分配模块配置的不足，现有的锅炉脱硝SNCR系统运行效率较低。具体表现为现有系统的喷枪布局没有考虑分离器入口的实际平滑度，也没有考虑氮氧化物的分布特征。单套喷枪的选择无法有效覆盖烟道段，也无法穿透烟道并与烟道气有效混合，导致氨逃逸量实际上很高。

3锅炉脱硝SNCR系统提效降耗的优化应用方案

3.1氨水存储输送系统

在整个锅炉烟气工程中氨水存储输送系统的主要作用是用于接收或者存储氨水，并且把氨水输送到计量混合模块。当前市场上在售的工业氨水浓度一般在20%～25%之间。这样的浓度对于SNCR脱硝技术来说需要进行稀释，在实践中通常会把浓度稀释到脱硝工艺所需要的3%～5%。在氨水存储输送系统中，由氨水罐车输送氨水，并把氨水注入到氨水罐中存储，最终通过氨水输送泵以及输送管道送到计量混合单元中。在整个系统中，氨水存储罐是系统的核心设备，通常有两层不锈钢进行防漏设计，混凝土围堰进行围护。罐体中安装液位开关、安全阀、排空管以及溢流保护开关和压力变送器等各种保护设施。在这些设施设备中，液位开关的作用是当整个SNCR系统运行时，如果氨水存储罐中氨水液位较低时，通过DCS控制系统自动关停脱销系统；溢流保护开关的作用是在向氨水存储罐体中加入氨水时，氨水液位过高时，溢流开关会自动停止氨水加注；排空管的主要作用则是防止氨水存储罐内部压力过高或者过低；压力变送器则能够对氨水存储罐内部的压力进行实时监测；安全阀可以在排空管发生意外堵塞时确保安全罐不会因为压力过高或过低而发生变形。最后，整个系统可以根据工艺的实际需要安装一些安全辅助设施。基于氨水和氨气不稳定的化学性质与空气混合后可能会极易发生燃烧或爆炸，因此设置辅助安全设施尤为重要。通过安全辅助设施的布置，可以有效防止作业人员发生重度危险或者在发生火灾时及时进行处理。

3.2优化思路

240t/h循环流化床锅炉现有脱硝SNCR系统优化的主要目标是：控制现有氨水耗量，将氨逃逸量控制在8mg/Nm3以内，保证最终氮氧化物排放量小于50mg/Nm3。根据240t/h循环流化床锅炉现有脱硝SNCR系统优化的主要目标，在CFD（数学模型）内进行锅炉炉膛氮氧化物浓度分布与温度分布、烟气组分分布、气流分布计算。根据计算结果，在专家系统内分析最佳喷枪数量、布置与安装方案，并解决240t/h循环流化床锅炉现有脱硝SNCR系统设备老化、设计矛盾、管路冲突等问题。

3.3计量混合分配模块

计量混合分配模块的作用是将氨水和除盐水进行剂量混合，并且将氨水定向分配给锅炉的喷枪。如果同时使用多台锅炉，那么每一台锅炉可以单独配置一套计量混合模块。该计量混合模块可以通过压力变送器或流量计检测除盐水和氨水的供给情况，氨水进口管道采用电磁流量计控调制器对还原剂的用量进行控制调节；除盐水则使用转子流量计计量用量，气动调节阀则可以直接控制两条管路的开关，压力变送器则可以监测氨水输送管道的工作状况是否在正常运转。在这一系统模块中，电磁流量计的质量和精准性是决定SNCR脱硝效率的关键要素。氨水和除盐水在静态混合器中进行充分混合之后，将稀释之后的氨水输送到喷射模块中。在此环节可以根据整个工程系统的需求，设置氨气泄漏警报装置或者清洗喷淋系统，这样可以有效保证氨气发生泄漏时，进行及时处置措施。计量混合分配模块需要的设备，包括每一种输送介质入口处的气动阀门、输送介质入口处的过滤器、单向阀、还原剂、除盐水气动控制阀、压缩空气气动压力调节阀、还原剂电磁感应流量计、除盐水和压缩空气流量计、稀释还原剂、压缩空气的压力变送器等等，根据工程系统和脱硝工艺的实际需要加装其他设备进行整体控制。在这一套系统中还需要运用到通信模块，整个电气系统和控制原件都放到有机玻璃箱中，在柜体内部安装氨气警报器和顶部声光报警器进行联锁，在整个系统中同时使用监测和控制设备，对整个系统运行情况进行监测保证各个设备和各条系统线路的稳定性。

4结论

综上所述，对现有锅炉脱硝SNCR系统进行优化升级是降低锅炉氨耗、实现增效降耗的主要措施之一。因此，技术人员可以根据锅炉脱硝SNCR系统的运行参数，结合脱硝SNCR-系统运行损失的现状，有针对性地修改脱硝SNCR.系统的计量分配、雾化空气和冷却空气部分，减少脱硝SNCR-system运行过程中的氨损失，提高脱硝SNCR系统的运行效率，为提高循环流化床锅炉的运行效率提供依据。

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