李康宁
四川广安发电有限责任公司??四川?广安??638000
摘要：循环流化床燃煤锅炉作为一种具有显著低氮燃烧特征的锅炉类型，在工业生产中具有广泛应用，对其烟气脱硝的研究具有显著意义。本文将对燃煤锅炉的烟气脱硝工艺技术类型和特点进行分析，以SNCR技术为例，对通过工程实例重点对循环流化床燃煤锅炉的SNCR技术要点、影响因素及应用效果进行研究。
关键词：循环流化床；烟气脱硝工艺
1.燃煤锅炉烟气脱硝工艺技术类型和特点
当前，根据我国燃煤锅炉烟气脱硝的具体工艺区别，对其主要工艺技术类型，可以从燃烧过程中的烟气脱硝与燃烧后的烟气脱硝两个层面进行划分和区别。其中，燃烧过程中的烟气脱硝技术也可以称为低NOx燃烧技术，其在实际应用中，以空气分级燃烧、低氮燃烧器、燃料分级燃烧等技术装置最为常见，具有投资成本低，但脱硝效率也比较低等特征，不能有效满足锅炉系统运行的环保要求，其在实际应用中的局限性也比较突出。
而燃烧后的烟气脱硝工艺技术，主要以SNCR技术(选择性非催化还原脱硝技术)、SCR技术(选择性催化还原脱硝技术)、SNCR-SCR联合技术等最为常见。上述每种技术在实际应用中各有优势，需结合具体情况选择，以达到预期的脱硝效果。其中，SNCR技术在实际应用中是通过还原剂与NOx在锅炉内的选择性反应，即在炉膛温度为850～1100℃的高温区域加入还原剂，与锅炉烟气中的NOx反应生成N2和水，以达到烟气脱硫的效果，其具体反应公式如下所示：
以NH3作为还原剂时：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
以尿素作为还原剂时：2NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+ 2H2O
值得注意的是，采用SNCR技术进行燃煤锅炉烟气脱硫应用中，将还原剂向炉膛内喷射后，是以炉膛作为反应器，促进上述反应过程实现，其中SNCR技术在实际应用中的烟气脱硝效率能够达到30%～80%之间，并且其脱硝效率容易受锅炉结构尺寸等因素的影响，在中小型燃煤锅炉运行中的适用性表现较为突出。尤其是当前采用尿素作为还原剂的SNCR技术，其在实际应用中不仅技术条件较为成熟，而且还原剂的有效利用率高，系统设备的模块化设计对空间占用较小、运行稳定，无副产品与二次污染等。
催化剂喷射位置多选择于省煤器与SCR反应器间的烟道内。当NH3/NO=1时，烟气脱硝效率可达80%～90%。因此，SCR技术以其脱除效率高、适应当前环保要求而得到电力行业高度重视和广泛应用。在环保要求严格的美国、加拿大、日本、德国等发达国家已是应用最多、最成熟的技术之一，今后也必然会在我国火力电站燃煤锅炉得到越来越广泛的应用。该技术相比SNCR技术，其投资成本高，需预留占地空间，安装时间长，检修维护较为复杂，易堵塞空气预热器等。
SNCR-SCR技术则是对上述两种技术的优势进行结合运用，即通过在燃烧锅炉的炉膛合适温度区域内进行还原剂喷入，然后在还原剂和锅炉烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应后，实现NOx的有效分解，达到较好的烟气脱硝效果。完成上述反应过程后，再将过量NH3和烟气引入SCR反应器中，并通过催化剂对NOx进行选择性催化还原反应，以脱除烟气中的NOx进一步脱除。与上述两种技术方式相比，该技术不仅比SCR技术的工程投资与维护费用低，且脱硝效果显著，脱硫率能够达到80%以上，具有一定应用优势。
2.SNCR技术的特点及其影响因素分析
结合上述各种烟气脱硝技术分析，可知SNCR技术在锅炉烟气脱硝实际应用中更有优势，但需对以下因素加强控制。
(1)温度反应
反应温度对烟气脱硝效果的影响，主要表现为以尿素作为还原剂，进行燃煤锅炉燃烧运行的烟气脱硫应用，其具体脱硫反应过程中，由于反应产生的温度窗口为850℃至1150℃，但是，燃煤锅炉燃烧运行中的炉膛温度，会随着其运行负荷变化产生一定的规律分布与变化特征。因此，对锅炉炉膛内的还原剂喷射与应用，也需要采用分层布置方式设置，以使其对锅炉燃烧运行的负荷变化情况进行更好适应。
通常情况下，燃煤锅炉SNCR烟气脱硝温度窗口一般为锅炉燃烧器上部到折焰角之间，而还原剂喷射器一般会设置在炉膛和分离器之间的水平烟道上，以满足其锅炉运行的烟气脱硝工艺要求。根据这一情况不难看出，炉膛内的反应温度对烟气脱硫效率有着直接的作用和影响。
(2)停留时间
停留时间对烟气脱硝效果的影响主要表现为由于SNCR烟气脱硝过程均是在温度窗口内进行的，同时该温度窗口也是实现其烟气脱硝效果保障的重要条件。因此，在SNCR技术的烟气脱硝过程中，对还原剂在温度窗口内的停留时间进行延长，以确保其烟气脱硝反应充分开展，也是实现其效果保障的一项必要条件。有研究显示，对停留时间的合理控制，应结合锅炉结构等情况进行，一般情况下，对其停留时间应保证在0.7s至1.0s之间。
(3)NH3/NOx的摩尔比
通常情况下，在燃煤锅炉SNCR烟气脱硝工艺中，对 NH3/NOx的摩尔比取值范围多控制在1.0至2.0内，最高要求低于2.5。根据该摩尔比取值标准，结合其烟气脱硝工艺的实际情况，在其反应过程中适当增加氨氮比，虽然对促进NOx的还原反应具有一定的积极作用，但同时也会引起NH3的泄漏量增加，因此，需要加强对SNCR烟气脱硝过程中NH3/NOx的摩尔比选择(一般取值为1.4至1.6)来确保其工艺效果。
3.循环流化床锅炉烟气脱硝中SNCR技术的应用及要点分析
以某循环流化床燃煤锅炉运行中的烟气脱硝工艺设计情况为例，对其烟气脱硝的工艺技术及有关装置结构进行研究和论述，以供参考。
(1)实例分析
以某2×35t/hCFB(循环流化床)锅炉的烟气脱硝工艺改造项目为例，该锅炉系统的烟气脱硝工艺改造设计前，其锅炉燃烧运行的烟气排放NOx浓度达到500mg/m3，明显超出该地区的环保治理燃煤锅炉烟气排放的NOx排放浓度标准。同时，对上述锅炉燃烧运行的烟气脱硝装置及其脱硝效率分析，其锅炉燃烧运行的脱硫效率要求高于60%。
为满足该要求标准，可采用SNCR技术降低CFB锅炉燃烧运行的烟气排放NOx浓度。根据上述烟气脱硝改造要求，通过开展CFB模拟研究，最终确定在锅炉炉膛上部约20m和24m位置处分两层进行锅炉运行烟气脱硝所需的喷射器设置，同时通过对喷射器中的尿素溶液进行雾化，使其以微细的液滴状态向炉膛内喷射。通过高温作用将其分解形成CO和NH3，同时与烟气道中的NOx进行选择性氧化还原反应进行脱硝，使其满足烟气排放环保要求与脱硝效率要求。
(2)循环流化床锅炉烟气脱硝工艺及结构装置分析
该CFB锅炉烟气脱硝工艺改造项目主要由尿素供应站、锅炉炉前喷射模块、稀释计量模块、自动控制系统等结构部分组成。
其中，尿素供应站是通过将尿素存储系统和尿素溶液储存系统、尿素溶液配置系统等进行集中设置，共同组成尿素供应站，主要包括尿素溶液储罐以及尿素溶液输送泵、尿素溶液循环模块、尿素配制罐等设备。尿素供应站完成尿素的储存以及尿素溶液配制、储存等工作后，将所配制与储存的尿素溶液送至锅炉的稀释计量模块。稀释计量模块主要对进入模块的稀释水流量以及尿素溶液流量等进行准确计量，其主要设备有稀释水输送泵以及混合器、电动阀、电磁流量计、监控仪表等。随后通过混合器对其进行稀释混合成相应的喷射液，然后将喷射液输送至锅炉炉膛前的喷射模块，由喷射模块中向炉膛内喷入。
4.结束语
总之，对循环流化床锅炉烟气脱硝工艺的研究有利于促进循环流化床锅炉烟气脱硝工艺的技术水平与脱硝效率的提升，推动我国工业生产与生态环境保护同步发展，具有十分积极的作用和意义。
参考文献
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