SNCR+SCR联合脱硝技术在煤粉炉的应用

仇云霞，王一东

（江苏科行环保科技有限公司，江苏　盐城　224051）

SNCR+SCR联合脱硝技术在煤粉炉的应用

仇云霞，王一东

（江苏科行环保科技有限公司，江苏盐城224051）

SNCR+SCR联合脱硝技术是结合选择性非催化还原法（SNCR）技术投资低、选择性催化还原法（SCR）技术效率高的优点，有效避免选择性非催化还原法（SNCR）技术效率低、选择性催化还原法（SCR）技术投资高等缺点而发展起来的一种脱硝工艺技术。通过某厂410t/h高温高压煤粉锅炉脱硝项目案例，介绍了SNCR+SCR联合脱硝技术。其中SNCR技术的工艺设计包括用于确定喷射方案的计算流体动力模拟技术（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）。

脱硝；选择性非催化还原法；选择性催化还原法；煤粉锅炉；流体动力模拟技术

为满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的排放标准，中国石油吉林石化公司要求在锅炉装置的60％～100％锅炉负荷工况范围内，入口NOx的浓度不高于350mg/Nm3（6％含氧量，干基标态）的情况下，出口烟气NOx的浓度不高于90mg/Nm3（6％含氧量，干基标态），且氨逃逸不大于5ppm（6％含氧量，干基标态）。

1　锅炉概况

吉林石化公司动力二厂配备的锅炉型号为HG-410/9.8-YM15，该锅炉采用四角切圆的燃烧方式、钢球磨中储仓干燥剂送粉的制粉方式、螺旋捞渣机固态排渣方式，燃烧的煤质为烟煤。SNCR+SCR联合脱硝工艺具有两个反应区，第一个反应区位于炉膛上方28～33m之间（屏式过热器中下部高度位置），此区间温度为960℃左右（100％BMCR），完全满足SNCR脱硝850℃～1100℃的温度要求；第二个反应区位于上级省煤器下方，此区间温度为410℃左右（100％BMCR），也完全满足SCR脱硝320℃～420℃的温度要求。由于该锅炉上级省煤器与上级空气预热器之间有4.5米的净空间，完全可以通过改造和扩展烟道来布置反应所需的催化剂。

2　SNCR+SCR联合脱硝技术机理

2.1联合脱硝技术的原理

SNCR+SCR联合脱硝技术不是将SNCR技术和SCR技术进行简单的叠加，而是一种结合SNCR投资省、SCR脱硝效率高技术特点的工艺。

SNCR+SCR联合脱硝工艺具有两个反应区，第一个反应区间是通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统将氨水喷入炉膛，在高温下，氨水与烟气中的NOx在没有催化剂参与的情况下发生还原反应，实现初步脱硝，然后未反应的氨和下游通过喷氨格栅补喷的氨进入第二个反应区间，在有催化剂的情况下，将烟气中的NOx转化为氮气和水。其主要反应方程式为：

2.2联合脱硝技术的工艺流程（如图1）

图1　氨流程图

1）将业主原有纯度为99.6％的液氨通过管路输送氨水制备器中配置成20％的氨水，通过装置自身压力，氨水进入到氨水储罐，当储罐达到指定液位时，制备装置停止制备工作；2）氨水储罐的氨水，经高流量循环系统（HFD）送至炉前的稀释计量模块，回流的溶液经过背压阀组后自动返回储罐；3）稀释计量模块分为两个功用区域：第一个功用区域将20％的氨水，在调节阀和流量计的作用下自动控制第一反应区所需的氨水用量，通过变频泵将稀释水输送到静态混合器与20％氨水混合，混合后的5％的氨水输送到分配模块，经分配模块调节后送入喷射器；第二个功用区域将20％的氨水，在调节阀和流量计的作用下自动控制第二反应区所需的氨水用量，通过喷枪喷入蒸发器，蒸发后的氨气和水蒸汽进入喷氨格栅。

2.3喷枪布置原则

（1）设计思路

1）选取锅炉为计算对象，采用CFD计算软件前置处理器Gambit对锅炉进行1︰1大小的三维建模和网格划分；2）结合热力汇总数据及炉型尺寸，在CFD计算软件Fluent中合理设计模型及边界条件，湍流模型采用标准k-ε双方程模型，燃烧模型采用Non-premixed combustion模型，采用P1辐射模型来计算辐射换热量，得到炉内流场温度场结果将作为SNCR反应的基础环境；3）采用Discrete Phase Model离散形模型，将氨水设置为离散相；4）采用与实际喷枪雾化效果最为接近的空气辅助雾化模型（Air-blast-atomizer）作为喷射方式，保证喷氨总量不变的条件下，通过调整喷射速度、雾化角度、雾化粒径等参数对氨气的混合效果进行分析，得到最优的喷射方案。

（2）模拟试验数据

炉内烟气速度分布见图2，烟气温度分布见图3，烟气运动轨迹见图4。

图2　炉内烟气速度分布

图3　炉内烟气温度分布

图4　炉内烟气运动轨迹

由图2～图4的模拟图片可以看出炉内烟气流动的大致范围（3～7m/s）和运动轨迹，由于四角切圆燃烧方式的特殊性，会造成下游烟气在上部炉膛成大范围旋转流动，这种流场将对喷入炉膛的氨水的运动轨迹造成影响。

下层喷枪喷射效果见图5，上层喷枪喷射效果见图6，两层喷枪全开时喷射效果见图7。

图5　下层喷枪喷射效果

图6　上层喷枪喷射效果

图7　两层喷枪全开时喷射效果（俯视图）

由图5～图7的图片可以看出氨水雾化的效果，图中颜色（即氨水溶液）表示离散相运行至当前位置所经历的时间，氨水喷入后将在0.5s内全部蒸发完。从运动轨迹上看，氨水蒸发前受到切圆燃烧产生的旋转烟气携带，两层喷枪互补，将炉内截面完全覆盖。

（3）联合脱硝技术特点

1）催化剂用量少，空间布置简单。该项目通过对锅炉资料收集和现场实际情况的分析，直接将催化剂置于上级省煤器与上级空气预热器之间的烟道内，仅仅将烟道做了些修改就能满足设计要求，降低投资成本。2）SO2转化率低，引起的腐蚀和ABS阻塞问题小。随着催化剂用量的减少，SO2转化为SO3的副反应也减少。烟气中SO3的含量较少，使得烟气在酸露点形成的硫酸雾减少，对下游设备的腐蚀减少；同时形成NH4HSO4的量也减少，即堵塞的问题也变小。3）系统阻力小，引风机无需改造。由于在尾部烟道内只增加了一层催化剂，增加的阻力小于400Pa，无需对引风机进行改造，减少投资，缩短工期。

3　存在的问题及对策

（1）氨分布不均匀

在热态调试的过程中发现，锅炉蒸发量低时（246～300t/h），脱硝效率为35％～40％，尾部竖井氨逃逸取样点的浓度都低于3.5ppm，满足预期效果；当锅炉蒸发量高时（250～410t/h），脱硝效率为35％～40％，尾部竖井后侧氨逃逸取样点的浓度低于3.5ppm，而尾部竖井前侧氨逃逸取样点的浓度达到30ppm，氨逃逸严重超标。

解决措施：降低SNCR喷氨总量，在上级省煤器上方加装喷氨格栅进行补喷氨，优化氨在尾部烟道的分布，提高脱硝效率，降低氨逃逸。

（2）喷射量的调整响应滞后

在168h试运行期间，由于采用前馈串级控制方式（兼顾脱硝效率与NOx出口浓度控制方式），出口NOx浓度波动大，喷氨量与NOx浓度波动响应延迟接近3分钟，导致出现出口NOx浓度短时间超标的现象。

解决措施：采用动态RBF神经网络控制，将入口烟气NOx含量、出口烟气NOx含量、烟气入口温度、入口烟气氨氮摩尔比、出口烟气NOx设定值写入SA-RBF预测控制器，原PID控制作为干扰量，进行干扰补偿以提高对喷氨量的精确控制。

4　结语

SNCR+SCR联合脱硝技术是一种适合发展中国家治理NOx的技术，无论是初期建设费用还是后期运行费用，都与发展中国家经济实力薄弱这一特性相适应。由于投资相对低廉、脱硝效率能满足环保要求等特点，已被越来越多的客户所接受；另外，由于SCR技术中SO2转化而引起的下游设备腐蚀和ABS堵塞等问题随着时间的推移正在被放大，所以SNCR+SCR联合脱硝技术将是未来一个备受关注的亮点技术。

Application of SNCR & SCR Combined Denitration Technology in Pulverized Coal Boiler

QIU Yun-xia，WANG Yi-dong

X701

A

1006-5377（2016）10-0063-03