梁涛
益海嘉里（富裕）能源有限公司 黑龙江省齐齐哈尔市 161000
摘要：由于中国环保政策的颁布以及相关环保标准的制定，火电厂的烟气排放也需要进一步的优化改造，在循环流化床锅炉增设选择性非催化还原脱硝( SNCR)装置成为了一个非常合理且有效的选择。可以切实的降低氮氧化物的排放量，从而满足火电厂烟气排放的要求。本文阐述了循环流化床锅炉中氮氧化物的产生机理及其控制手段，进而引出了SNCR脱硝技术原理和工艺流程，最后针对火电厂中SNCR脱硝技术经常出现的不足进行了改进，旨在为以后的新建电厂的设计优化和老旧电厂的改进建设提供些许借鉴意义。
关键词：循环流化床锅炉；SNCR脱硝；应用
1引言
近年来，我国的氮氧化物排放总量持续增加，城市的大气环境不断被破坏，雾霾愈发严重且有增加的趋势。我国早在二十一世纪初就对循环流化床锅炉技术进行了引进。目前我国大约有3,000台不同容量的循环流化床锅炉，其中大约有30%以上电力行业的循环流化床锅炉是在进行商业化的运营，其总容量大约为63,000MW。由于国家环保部门对于环保标准的日益收紧，在引入新的环保标准后，确定燃煤电厂的氮氧化物排放浓度应当小于100mg/m3，此标准以二氧化氮为基准制定，其他氮氧化物按氧的浓度为6%进行相应的换算[1]。孙献斌等人对SNCR脱硝系统的关键设备喷枪进行了针对性研究，并自主研发了风冷雾化喷枪，将之前SNCR技术喷枪喷淋效果差，尿素和氨水利用率不足的缺陷进行了完善，而且已成功在300MW机组上得到了实际运用，而且获得了不小的社会收益与经济效益[2]。
2氮氧化物生成机理及控制手段
2.1氮氧化物生成机理
根据火电厂相关的实践进行研究可以发现，发电厂燃煤产生的氮氧化物形成过程如图1所示。一般电厂使用煤炭作为燃料时生成的氮氧化物存在3种途径：燃料型氮氧化物，热力型氮氧化物和快速型氮氧化物。在使用劣质燃料（例如烟煤，褐煤和油页岩）的循环流化床锅炉中，主要产生燃料型氮氧化物[3]。
2.2氮氧化物控制手段
当前用于控制氮氧化物产生的普遍适用方法包括燃烧控制和烟气脱硝。燃烧控制主要包括低氮燃烧器、低氮改造、燃烧调整等，烟气脱硝主要包括两种，分别是选择性非催化还原SCR法和SNCR法[4]。
2.3SNCR法与SCR法技术特点对比
SNCR烟气脱硝技术相较于SCR技术，具有一系列的优势，例如投资和运营成本低，占地面积小（位于水平锅炉烟道处），施工时间短和脱氮效率高，环保且适用于大型循环流化床锅炉。根据以往文献的研究和计算，SNCR脱氮技术对锅炉效率，废气温度，锅炉受热面和下游设备的影响很小，对锅炉腐蚀的程度也很轻微。不仅不会影响工厂的安全运行，也不需要有针对性地进行设备改造，脱硝的相关设备已投入运行，此后，氮氧化物排放得到了明确控制。通过适当的氨注入速率和温度范围，SNCR脱硝技术的脱硝效率可以达到五分之四以上。此外，SNCR系统还具有以下优势，例如投资成本低（设备简单，系统成本降低），运营成本低（不会增加排气扇能耗，易于操作和维护），烟道气系统阻力不会增加，催化剂不会减少，并且没有副产物产生，氨气排放控制在10×10-6范围内，不会引起灰分积聚和尾管腐蚀，易于安装和操作。
3SNCR脱硝技术工艺流程
尿素通过卡车运至现场，并将其配置成50％的尿素溶液送至储罐。储罐中的尿素溶液与高压泵和冷凝器泵的出口处的冷凝水进行混合后降低尿素溶液的浓度，然后输送到水平烟道平台。尿素溶液的浓度因为测试参数的不同也有所差异，例如注入点的流速，烟气温度，NOx浓度等。稀释水是冷凝水，稀释水的多少由计算机计算后释放。在保证脱硝效率的前提下，计算机系统控制稀释水的量，保证雾化效果，可以减少稀释水的用量，提高冷凝水的利用率。
在反应容器内配有分配设备。尿素通过分配器送入每个喷雾器。经过雾化风的推动，尿素溶液在旋风分离器入口处注入水平烟道中，以减少烟道气中的氮氧化物的含量。使用水平烟道作为反应容器的脱硝形式，可显著降低锅炉的氮氧化物的排放量。
4脱硝改造问题及解决方法
4.1氮氧化物浓度波动大
SNCR脱硝系统投入运行后，会出现氮氧化物的测量值波动很大的问题，在运行过程中，锅炉燃油量的波动会导致NOx的测量值在24-240 mg / Nm3内波动。在SCNR脱硝系统设计的逻辑中，还原剂的注入量主要依据监视测得的氮氧化物的排放值。由于测量点的位置在后面，还原剂的注入量与氮氧化物的测量值之间存在大约3分钟的延迟，燃油量的波动会严重影响整个系统的稳定运行。
改进措施：将氮氧化物浓度测量仪从原来的排风扇出口改为空气预加热器入口，将测量点位置向前移动，并显著减少了氮氧化物测量值的滞后时间。同时优化控制逻辑，并将燃油量用作主控制输出的前馈信号。经过优化后，当燃料量波动时，还原剂控制阀的作用比以前更加精确，并且氮氧化物排放值更加稳定（尿素流量750kg/h，氨氮物质的量的比为1.8）。图4显示了改进前后测得的氮氧化物值的变化。
4.2燃用高硫煤时无法保证NOx排放量达标
当在电厂中使用高硫含量的煤作为燃料时，SCNR脱硝系统启动后，氮氧化物会立即升高到230mg/m3。原因是当在发电厂中使用高硫含量的煤时，将大量石灰石倒入锅炉中，以确保烟道气中的二氧化硫含量不超过标准。窑中的石灰石在氮氧化物的形成，有着非常明显的积极作用，石灰石作为催化剂促进燃料中的氮向氮氧化物的快速转化，从而导致氮氧化物浓度的快速增加和石灰石利用率的减少。
升级措施：原来的水平烟气注入方法以0.3m的距离增量从水平注入改为交错注入，以使更多的烟气与还原剂接触并提高反应效率。通过提高脱硝效果，氨的损失量从7×10-6降低到3×10-6。
4.3运行方式不合理导致原始排放量高
脱硝效率不仅应去除产生的氮氧化物，还应减少工作装置产生的氮氧化物的量，在实际运行中，发现采用逐步注气可以有效减少源头产生的氮氧化物量。
改造措施：通过改变运行模式，减少一次空气的体积（一次空气与二次空气的比例为4：6），由于密相区氧气含量不足，燃烧会在缺氧的状态下发生，这也会造成燃烧速度和温度的下降；燃料在氮分解过程中，会形成大量的中间活性产物CN和HCN，不仅会减少一部分NO，而且会抑制基于燃料的NOx的形成。
参考文献：
[1]陶天峰.SNCR与COA联合脱硝在循环流化床的运用[J].氮肥与合成气,2021,49(02):9-11.
[2]尤风霞,卢福平,戎瑞.基于CFD流场分析的锅炉SNCR系统优化研究[J].节能,2020,39(12):39-42.
[3]王艺.循环流化床锅炉SNCR脱硝工艺控制系统的实现[J].电力科技与环保,2020,36(05):45-48.
[4]刘娟,张元勇,张乐祎,高飞侠.循环流化床锅炉超低排放（低氮燃烧+SNCR）探索及实践[J].中氮肥,2020(05):1-3+46.
[5]张曜,于娟,林晨,冯帆,张忠孝.循环流化床床料与燃料粒径对脱硝反应的影响[J].洁净煤技术,2020,26(06):196-202.
作者简介：梁涛，1985.10.31，男，黑龙江齐齐哈尔，汉，本科，助级工程师，益海嘉里（富裕）能源有限公司，研究方向:火电厂烟气治理方向（脱硫除尘脱硝）。