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浅谈循环流化床脱硝SNCR喷枪布置优化

北极星大气网  来源:《中国井矿盐》  作者:吴小勇  2021/6/8 10:24:35  我要投稿  

北极星大气网讯:SNCR脱硝技术由于投资成本低,改造方便,其已广泛用于电站锅炉脱硝,尤其循环流化床锅炉。SNCR烟气脱硝的关键点,是在于还原剂喷入到炉内最有效温度窗区域内,喷枪布置要根据所选择锅炉炉型的特征和锅炉实际燃烧情况合理布置喷枪位置数量,不能一味再按照常规位置布置。本文结合晶昊盐化240t/h锅炉烟气脱硝工程实例,提出一种新的喷枪布置思路,其与传统的布置方案比脱硝效率更高,喷枪使用寿命更长。

江西晶昊盐化有限公司新建的江西省岩盐资源综合利用年产100万吨纯碱项目配套1×240t/h循环流化床锅炉尾部烟气治理超低排放项目,2020年10月份施工完毕进入调试工作,该工程采用SNCR工艺脱销,由氨水储罐模块、氨水输送模块、稀释水模块、氨水混合模块、计量混合模块、喷射模块和控制模块等组成。使用20%氨水做还原剂,主要工艺见图1。

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图1工艺图

1 SNCR原理与现有喷枪的布置

SNCR脱硝技术即选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction,以下简写为SNCR)技术,是一种不用催化剂,在850~1100℃的温度范围内,将含氨基的还原剂(如氨水、尿素溶液等)喷入炉内,将烟气中的NOx还原脱除,生成氮气和水的清洁脱硝技术。在合适的温度区域,且氨水作为还原剂时,其反应方程式为:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O,不同还原剂有不同的反应温度范围,此温度范围称为温度窗。当反应温度过高时,由于氨的分解会使NOx还原率降低,另一方面,反应温度过低时,氨的逃逸增加,也会使NOx还原率降低。SNCR烟气脱硝工艺技术的关键点,就在于还原剂喷入系统必须尽可能地将还原剂喷入到炉内最有效温度窗区域内,尽可能的保障喷入还原剂的利用率。在脱硝厂家开始的设计中晶昊盐化SNCR脱硝共设计12根喷枪,喷枪设计100L/H,分左右布置在两旋风分离器四边,见图2。安装完成后,设备在试运行期间出现脱销效率不稳定,脱硝效率较低等问题。根据现场运行数据分析,本次脱硝设备的实际脱氨效率只有30%左右,未能达到脱硝厂家设计承诺的60%脱氨率。

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图2 现有喷枪的布置

2 脱硝效率低的原因分析

在与锅炉厂家和脱硝厂家深入技术交流沟通后,并结合现场实际运行工况,初步分析,脱氨效率低主要有以下几个原因:

2.1 喷枪穿透力不够

本次氨水喷头,采用雾化喷头,喷头雾化较好,但喷射距离不足,观察发现:在氨水喷入烟道内后,实际喷射距离不足1m,而水平烟道横截面约1.5m深,导致喷出的氨水无法完全覆盖水平烟道横截面,氨水利用率不高,影响脱硝效率;

2.2 旋风分离器入口烟道流速过快

本次锅炉设计的水平烟道烟气流速大于33m/s,流速较快,氨水喷入后瞬间被烟气带入旋风分离器内,且由于受到离心力作用,喷入后的氨水紧贴旋风分离器内壁,并迅速被分离器内飞灰吸附,氨水利用率低,影响脱硝效率;

2.3 旋风分离器分离效率高,返料器返灰量过大

本次锅炉为太原锅炉厂设计、生产的“低氮燃烧”环保型锅炉,锅炉设计时,为了降低锅炉原始NOx浓度,设计锅炉本体自带低氮燃烧技术,该技术主要内容包括提高旋风分离效率,增大了分离器返灰量,以提高锅炉炉膛内循环的倍率,拉长了密相区。而喷入的氨水受旋风分离器离心力影响,被分离的飞灰吸附,导致旋风分离器分离出的飞灰中含有大量的NH3分子,该飞灰经返料器返回炉膛内进行二次燃烧,生成大量NOx,使得喷入的氨水不仅没有起到脱硝效果,反而增大了锅炉原始NOx浓度,最终导致整体脱硝效率较低。

综合以上3个原因,最终分析得出问题二和问题三是导致脱硝效率不稳定的主要原因,故常规SNCR工艺要求的在分离器入口安装喷枪并不适合于本台锅炉实际运行情况。在与锅炉厂家及脱硝厂家沟通后,决定改变原工艺中喷枪的布置点位,以达到提高脱硝效率的目的。

3 喷枪优化布置方案与尾部烟道腐蚀分析

经与锅炉厂家、脱硝厂家进行技术沟通后,决定将SNCR喷枪布置于分离器出口中心筒上部烟道处见图3、图4。

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图3 脱硝喷枪定位平面图

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图4 喷枪位置立面图

3.1 选择该处作为喷枪喷射点位主要有以下几个原因

3.1.1 温度:

SNCR技术在850~1100℃的温度范围内脱硝反应最为合适,而该处烟气温度约900℃,完全满足SNCR反应温度;

3.1.2 氨水用量:

该处实际位为分离器出口,实际烟气中飞灰含量低,吸附率低,氨水利用率高,根据实际运行情况预估氨水用量在100L/h左右即可满足NOx排放要求;

3.1.3 氨水利用率:

该处实际位为分离器出口,烟气流速约25m/s,且横截面小,氨水在此次喷入后,在烟道停留时间增加,且雾化氨水在该截面覆盖率高,增加了反应时长,从而将提高氨水利用率。

3.2 对尾部烟道腐蚀分析

3.2.1修改设计在中心筒喷入氨水,氨水喷入处烟气温度约900℃,可瞬间将氨水气化为氨气,并与烟气充分混合。脱硝反应时间在0.5s以内,而烟气从喷入点至过热器入口需要0.5s以上时间,所以烟气在经过过热器之前已完成脱硝反应,此时烟气中的氨逃逸量小于8PPm(实际运行氨逃逸小于2PPm),且属于气态,对过热器没有腐蚀影响。

3.2.2当烟气中的SO3浓度和逃逸氨浓度都较高时,会生成NH4HSO4,而在150~220℃温度区间,NH4HSO4是一种高粘性液态物质,易冷凝沉积在空预器换热元件外面,粘附烟气中的飞灰颗粒,堵塞换热元件通道,减小空预器内流畅截面积,从而导致空预器阻力的增长、换热元件的效力降低等问题。但实际运行过程中原烟气中的硫几乎全部为SO2,而SO3含量极低,且实际运行中氨逃逸量小于2PPm,所以生成的NH4HSO4极少,无需担心NH4HSO4冷凝沉积在空预器换热元件外面,堵塞换热元件通道。

3.2.3初始NOx浓度小于120mg/Nm3时,理论喷氨总流量在120L/h以下,NOx浓度即可稳定达标排放,实际运行阶段建议喷氨总流量控制在150L/h以下,否则可能存在堵塞空预器的风险,影响空预器正常运行。

4 优化后的效率分析

现场通过更改原有喷枪位置后对锅炉脱氨效率进行了实测,经过数据分析得表1,更改位置后的锅炉脱氨率达到60%左右,满足最初设计效果,目前本台锅炉脱销系统工作正常,处理后烟气NOx浓度保持在50mg/Nm3以下。

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表1 脱硝效率表

5 结语

通过本次对SNCR烟气脱硝喷枪位置更改,提高了SNCR脱硝的效率。本次喷枪重新布点位置,打破了常规SNCR工艺在分离器入口安装喷枪的要求,在脱硝效率上有较大提升,且喷枪重新布点后,对设备的腐蚀并没有增加,脱硝效率与锅炉运行达到稳定。在以后的SNCR烟气脱硝喷枪布置上更多的还是需根据所选择锅炉炉型的特征和锅炉实际燃烧情况合理优化布置喷枪位置数量,不能一味在按照常规位置布置。SNCR烟气脱硝的关键点,是在于还原剂喷入到炉内最有效温度窗区域内,至于喷枪位置选择不能是固定不变的。

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