梁磊
（江苏一环集团有限公司，江苏宜1214206）
摘 要：结合陕西榆林某盐化公司130 t/h循环流化床锅炉SNCR烟气脱硝工程设计实例，详细阐述了除盐水贮存输送模块、氨水贮存输送模块、压缩空气模块、喷射模块的工艺流程及相关设备选型选材，介绍了喷枪和氨分析仪位置选择依据，并比较了SNCR与SCR脱硝运行费用。结果表明．SNCR技术更适用于小型燃煤锅炉控制NOx的排放．尤其是循环流化床锅炉烟气脱硝。
关键词：循环流化床锅炉；炯气脱硝：选择性非催化还原：氨水；喷枪；氨分析仪
中图分类号：TK09 文献标志码：A 文章编号：1004-9649( 2015 )10-0152-05
0引言
选择性非催化还原(SNCR)是一种经济适用的脱硝技术。原理是将氨水、尿素等还原剂喷人锅炉炉内，在高温区与NOx进行选择性反应。还原剂喷人炉膛温度为850～1 100℃的区域，迅速热分解成NH3，与烟气中的NO，反应生成N2和水。SNCR烟气脱硝技术脱硝效率一般为30%～60%，受锅炉结构、反应温度、喷枪位置、还原剂喷射量等因素影响较大。本文结合130 t/h循环流化床锅炉SNCR烟气脱硝工程实例，重点介绍了工艺模块没计及相关设备选型选材．可为今后工程设计应用提供参考。
1工程概况
陕西榆林某盐化公司130 t/h循环流化床锅炉烟气应环保要求，增设脱硝装置，工艺参数如表1所示。鉴于锅炉吨位较小、进口NOx含量较低等原冈，经技术经济比选，决定采用投资少、操作简单、成熟可靠的SNCR脱硝工艺，装置与机组同步运行。稀释水采用厂区反渗透出水，还原剂外购20%的氨水溶液，压缩空气接厂用气源。进口NOx浓度不大于200 mg/m3的情况下，设计脱硝后NOx浓度小于100 mg/m3，脱硝效率约为50%，逃逸氨含量不高于8 mg/m3。
2 SNCR脱硝系统模块
SNCR脱硝系统主要由除盐水贮存输送模块、氨水贮存输送模块、压缩空气模块及喷射模块构成．各模块需根据烟气参数合理设计，针对不同工况条件和介质特点，需严格注意设备选型选材。
2.1 除盐水贮存输送模块
除盐水的主要作用是作为氨水溶液调配稀释水．采用除盐水可较好地避免管道及喷枪等部位的盐结垢堵塞造成系统无法运行的现象。除盐水贮存输送模块如图1所示。
除盐水箱考虑7天的用水量，设计规格为
D3.5 mx6 m。由图1可见．Nl力排污阀, N4为溢流口，连接一根主管排至地沟。N2、N3为磁翻板液位计接口，接口处设置球阀，便于维护检修。除盐水箱设置人孔门M,便于箱体检修、清理。常用除盐水箱为PP、碳钢衬胶及整体304不锈钢材质，本工程选用前者。厂区反渗透装置出水，进入除盐水箱，经高压泵送到静态混合器。高压泵压力为1.4 MPa,流量为1 m3／h，316不锈钢材质．数量2台，一用一备，配备变频器。泵进口设置Y过滤器，去除一些颗粒杂质，保护水泵及后续设备，出口设置逆止阀，防止停运过程中叶轮倒转。逆止阀后设置电动控制阀，调节流量，为便于电动控制阀在线检修，阀两侧设置球阀，同时设置旁路管道。2台高压泵出水管共用一根母管．母管上设置压力表及检修用的根部阀、调节水量用的回水管道、电磁流量计及安全阀，调节为一定流量的除盐水进入静态混合器。系统阀门、过滤器、流量计、管道、压力表、静态混合器等均为304不锈钢材质。
2.2 氨水贮存输送模块
脱硝所用还原剂为20%的氨水溶液，经除盐水稀释为5%左右进入喷枪喷射，氨水贮存输送模块如图2所示。
由图2可见，氨水贮存及输送模块与除盐水贮存输送模块类似 20%的氨水溶液由罐车运送，经卸氨泵打人氨水罐，卸氨泵与罐车用软管活接连接，操作简便。卸氨泵为氟塑料泵，流量20m3/h，扬程15 m。氨水考虑7天的用量．氨水罐规格设计为D2.5 mx4 m。氨水具有较强的腐蚀性，常用的罐体材质为玻璃钢、碳钢衬胶及整体304不锈钢等，本工程选用前者。氨水罐顶部设置规格为D0.5 mxl m的水封槽,用于吸收溶解挥发出的氨，水封槽底部设置排放阀，可实现槽内定期换水。后续的氨水输送及计量流程与除盐水计量流程一样，调节成一定流量的氨水进入静态混合器与除盐水混合。
2.3压缩空气模块
压缩空气的主要作用是冷却吹扫喷枪,本工程取自厂用压缩空气气源，模块如图3所示。
由图3可见，压缩空气经压力调节阀调压后进入喷枪。压缩空气压力约为0.6 MPa,主管为DN50的304不锈钢管，支管为DN15的304不锈钢管送人喷枪，压缩空气用量约为85 m3／h。
2.4喷射模块
20%的氨水与除盐水在静态混合器中混合后形成5%的氨水溶液进入脱硝喷枪．与此同时．0.6 MPa的压缩空气分两路进入喷枪，对喷枪进行吹扫和冷却。5%的氨水还原剂经喷嘴雾化为100μm的颗粒后，喷人旋风分离器进口烟道，发生脱硝反应，脱除N0x。喷枪共8支，在旋风分离器进口烟道两侧对称布置，喷枪还原剂进口管路上均设置转子流量计。可远传至LCD画面显示流量数据，便于系统操作控制，喷射模块如图4所示。
旋风分离器进口烟道中烟气温度为850～900℃，烟气流速较快，约为24 m/s．而且烟气中夹带大量粉尘，因此，喷枪需要耐高温、耐磨损、耐腐蚀。喷枪关键部位如枪杆采用incone1600（镍一铬一铁基同溶强化合金）制造．喷嘴采用C-276(哈氏合金)制造，可在1 200℃环境下保持高强度、抗腐蚀性以及高耐磨性，能够保证喷氨区域持续均衡。SNCR脱硝喷枪的喷雾角度10°~150。不等，小角度的喷枪穿透能力强．大角度的喷枪覆盖面积大，喷枪长度和伸人烟道内的喷射点深度也有所不同。结合现场测量情况，采用多种不同角度、不同位置的喷枪，通过CFD流场模拟分析，选用喷雾角度60°、伸人烟道内的喷射点深度为0.4 m的喷枪，可以达到较高的脱硝效率。
3喷枪位置
喷枪位置的选择是整个SNCR系统最关键之处，喷枪位置选择是否合适，直接决定了SNCR脱硝效率的高低。喷枪位置的选择主要通过CFD流场模拟及安装温度传感器测试炉内温度分布．确定最佳喷射点，位置如图5所示。
由图5可见．喷枪位置选在炉膛和旋风分离器之间的一段水平烟道上,通过温度传感器测量该处温度为850～900℃,为SNCR反应的较好温度范围。又通过CFD流场模拟，喷枪采用断面喷射布置方式，水平烟道两侧共布8支喷枪，每侧4支，对称布置，喷枪最大喷射量为150 L/h。4支喷枪在同一竖直方向，位置关系如图5所示。喷枪安装应稍向下倾斜．避开火焰处．且必须深入炉内一定安全距离。
4氨分析仪取样位置
SNCR脱硝过程中，控制氨水流量非常重要，既要保证有足够的氨与NOx反应，以降低NOx排放量，又要避免炯气中逃逸过量的NH3。过量的氨增加还原剂成本及向大气排放NH3，此外，过量的氨参与化学反应会生成硫酸氢铵在空气预热器热交换表面产生沉积，降低空气预热器效率,在温度降低时，硫酸氢铵还会吸收水分，形成腐蚀性溶液,进而腐蚀换热管。采用氨分析仪对脱硝出口烟气中的逃逸氨实施在线监测显得尤为重要，本工程安装一套氨分析仪。
氨分析仪适用工况条件为粉尘含量60 g/m3以下．若粉尘较大，可引起光程减小，烟气温度250～450℃．取样点压力±0.05 MPa,不能有强烈震动。综合以上几点，取样管位置选在省煤器和空气预热器之间的烟道上，如图6所示。氨分析仪量程为0～15 mg/m3，零点漂移，可自动校正，输入模拟量信号4～20 mA,数字信号传输接口220 V, 50 Hz,监测数据经DCS系统处理后，显示在LCD操作画面上。
5运行效果
SNCR脱硝系统操作简单，运行较为稳定，表2为2014年10月16日及24日值班班组运行数据记录。
由表2可见．氨水流量为91.8 L/h,除盐水流量为275.4 L/h, NH3/NOx摩尔比为1.4，原烟气NOx含量在178～185 mg/m3时，脱硝后NOx含量在89～95 mg/m，，达到了环保排放及设计要求。脱硝效率稳定在50%左右，逃逸氨含量仅为1.2～1.8mg/m3，远小于HJ563-2010《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法》中规定的氨逃逸浓度最大允许值8 mg/m3的标准。
6运行成本分析
SNCR脱硝系统设备操作维护较为简单，以年运行时间8 000 h计算，运行费用如表3所示。
由表3可见．SNCR脱硝费用主要包括氨水、除盐水、电耗、压缩空气及人工等费用，整个系统年运行总费用为74.06万元，其中氨水费用为52.32万元，约站总费用的70%。经计算，SNCR工艺NOx脱除单位成本约为3.86 元/kg，相对SCR工艺NOx脱除单位成本5.5元/kg要低得多，因此，SNCR脱硝在进口NOx含量不高的中小型燃煤锅炉中具有一定适用性。
7结论
(1) SNCR脱硝工艺设计时，需充分考虑运行工况条件、介质特性等因素，对设备合理选型选材。
(2) SNCR脱硝工艺喷枪安装位置选取至关重要,通过CFD流场模拟结合温度传感器测量炉内温度的方式，对喷枪进行选型，确定喷枪最佳位置。
(3) SNCR较SCR脱硝工艺NOx脱除单位成本要低很多，适用于NOx含量不高的中小型燃煤锅炉脱硝。
(4)根据实际运行经验，SNCR脱硝工艺NH3/NOx摩尔比一般不宜过高，否则可能造成逃
逸氨含量增加，并与烟气中的SO3反应形成高粘性的NH4HS04晶体，粘附在后续换热元件冷端壁面，降低换热效率，加重换热元件腐蚀。
下一篇:返回列表
