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130t/h循環(huán)流化床鍋爐姻氣SNCR脫硝工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2016-03-25 10:43:05 安裝信息網(wǎng)

梁磊

（江蘇一環(huán)集團(tuán)有限公司，江蘇宜1214206）

摘要：結(jié)合陜西榆林某鹽化公司130 t/h循環(huán)流化床鍋爐SNCR煙氣脫硝工程設(shè)計(jì)實(shí)例，詳細(xì)闡述了除鹽水貯存輸送模塊、氨水貯存輸送模塊、壓縮空氣模塊、噴射模塊的工藝流程及相關(guān)設(shè)備選型選材，介紹了噴槍和氨分析儀位置選擇依據(jù)，并比較了SNCR與SCR脫硝運(yùn)行費(fèi)用。結(jié)果表明．SNCR技術(shù)更適用于小型燃煤鍋爐控制NOx的排放．尤其是循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；炯?xì)饷撓酰哼x擇性非催化還原：氨水；噴槍；氨分析儀

中圖分類號(hào)：TK09 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-9649( 2015 )10-0152-05

0引言

選擇性非催化還原(SNCR)是一種經(jīng)濟(jì)適用的脫硝技術(shù)。原理是將氨水、尿素等還原劑噴人鍋爐爐內(nèi)，在高溫區(qū)與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)。還原劑噴人爐膛溫度為850～1 100℃的區(qū)域，迅速熱分解成NH3，與煙氣中的NO，反應(yīng)生成N2和水。SNCR煙氣脫硝技術(shù)脫硝效率一般為30%～60%，受鍋爐結(jié)構(gòu)、反應(yīng)溫度、噴槍位置、還原劑噴射量等因素影響較大。本文結(jié)合130 t/h循環(huán)流化床鍋爐SNCR煙氣脫硝工程實(shí)例，重點(diǎn)介紹了工藝模塊沒計(jì)及相關(guān)設(shè)備選型選材．可為今后工程設(shè)計(jì)應(yīng)用提供參考。

1工程概況

陜西榆林某鹽化公司130 t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣應(yīng)環(huán)保要求，增設(shè)脫硝裝置，工藝參數(shù)如表1所示。鑒于鍋爐噸位較小、進(jìn)口NOx含量較低等原岡，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，決定采用投資少、操作簡(jiǎn)單、成熟可靠的SNCR脫硝工藝，裝置與機(jī)組同步運(yùn)行。稀釋水采用廠區(qū)反滲透出水，還原劑外購(gòu)20%的氨水溶液，壓縮空氣接廠用氣源。進(jìn)口NOx濃度不大于200 mg/m3的情況下，設(shè)計(jì)脫硝后NOx濃度小于100 mg/m3，脫硝效率約為50%，逃逸氨含量不高于8 mg/m3。

2 SNCR脫硝系統(tǒng)模塊

SNCR脫硝系統(tǒng)主要由除鹽水貯存輸送模塊、氨水貯存輸送模塊、壓縮空氣模塊及噴射模塊構(gòu)成．各模塊需根據(jù)煙氣參數(shù)合理設(shè)計(jì)，針對(duì)不同工況條件和介質(zhì)特點(diǎn)，需嚴(yán)格注意設(shè)備選型選材。

2.1 除鹽水貯存輸送模塊

除鹽水的主要作用是作為氨水溶液調(diào)配稀釋水．采用除鹽水可較好地避免管道及噴槍等部位的鹽結(jié)垢堵塞造成系統(tǒng)無法運(yùn)行的現(xiàn)象。除鹽水貯存輸送模塊如圖1所示。

除鹽水箱考慮7天的用水量，設(shè)計(jì)規(guī)格為

D3.5 mx6 m。由圖1可見．Nl力排污閥, N4為溢流口，連接一根主管排至地溝。N2、N3為磁翻板液位計(jì)接口，接口處設(shè)置球閥，便于維護(hù)檢修。除鹽水箱設(shè)置人孔門M,便于箱體檢修、清理。常用除鹽水箱為PP、碳鋼襯膠及整體304不銹鋼材質(zhì)，本工程選用前者。廠區(qū)反滲透裝置出水，進(jìn)入除鹽水箱，經(jīng)高壓泵送到靜態(tài)混合器。高壓泵壓力為1.4 MPa,流量為1 m3／h，316不銹鋼材質(zhì)．?dāng)?shù)量2臺(tái)，一用一備，配備變頻器。泵進(jìn)口設(shè)置Y過濾器，去除一些顆粒雜質(zhì)，保護(hù)水泵及后續(xù)設(shè)備，出口設(shè)置逆止閥，防止停運(yùn)過程中葉輪倒轉(zhuǎn)。逆止閥后設(shè)置電動(dòng)控制閥，調(diào)節(jié)流量，為便于電動(dòng)控制閥在線檢修，閥兩側(cè)設(shè)置球閥，同時(shí)設(shè)置旁路管道。2臺(tái)高壓泵出水管共用一根母管．母管上設(shè)置壓力表及檢修用的根部閥、調(diào)節(jié)水量用的回水管道、電磁流量計(jì)及安全閥，調(diào)節(jié)為一定流量的除鹽水進(jìn)入靜態(tài)混合器。系統(tǒng)閥門、過濾器、流量計(jì)、管道、壓力表、靜態(tài)混合器等均為304不銹鋼材質(zhì)。

2.2 氨水貯存輸送模塊

脫硝所用還原劑為20%的氨水溶液，經(jīng)除鹽水稀釋為5%左右進(jìn)入噴槍噴射，氨水貯存輸送模塊如圖2所示。

由圖2可見，氨水貯存及輸送模塊與除鹽水貯存輸送模塊類似 20%的氨水溶液由罐車運(yùn)送，經(jīng)卸氨泵打人氨水罐，卸氨泵與罐車用軟管活接連接，操作簡(jiǎn)便。卸氨泵為氟塑料泵，流量20m3/h，揚(yáng)程15 m。氨水考慮7天的用量．氨水罐規(guī)格設(shè)計(jì)為D2.5 mx4 m。氨水具有較強(qiáng)的腐蝕性，常用的罐體材質(zhì)為玻璃鋼、碳鋼襯膠及整體304不銹鋼等，本工程選用前者。氨水罐頂部設(shè)置規(guī)格為D0.5 mxl m的水封槽,用于吸收溶解揮發(fā)出的氨，水封槽底部設(shè)置排放閥，可實(shí)現(xiàn)槽內(nèi)定期換水。后續(xù)的氨水輸送及計(jì)量流程與除鹽水計(jì)量流程一樣，調(diào)節(jié)成一定流量的氨水進(jìn)入靜態(tài)混合器與除鹽水混合。

2.3壓縮空氣模塊

壓縮空氣的主要作用是冷卻吹掃噴槍,本工程取自廠用壓縮空氣氣源，模塊如圖3所示。

由圖3可見，壓縮空氣經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后進(jìn)入噴槍。壓縮空氣壓力約為0.6 MPa,主管為DN50的304不銹鋼管，支管為DN15的304不銹鋼管送人噴槍，壓縮空氣用量約為85 m3／h。

2.4噴射模塊

20%的氨水與除鹽水在靜態(tài)混合器中混合后形成5%的氨水溶液進(jìn)入脫硝噴槍．與此同時(shí)．0.6 MPa的壓縮空氣分兩路進(jìn)入噴槍，對(duì)噴槍進(jìn)行吹掃和冷卻。5%的氨水還原劑經(jīng)噴嘴霧化為100μm的顆粒后，噴人旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道，發(fā)生脫硝反應(yīng)，脫除N0x。噴槍共8支，在旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道兩側(cè)對(duì)稱布置，噴槍還原劑進(jìn)口管路上均設(shè)置轉(zhuǎn)子流量計(jì)�？蛇h(yuǎn)傳至LCD畫面顯示流量數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)操作控制，噴射模塊如圖4所示。

旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道中煙氣溫度為850～900℃，煙氣流速較快，約為24 m/s．而且煙氣中夾帶大量粉塵，因此，噴槍需要耐高溫、耐磨損、耐腐蝕。噴槍關(guān)鍵部位如槍桿采用incone1600（鎳一鉻一鐵基同溶強(qiáng)化合金）制造．噴嘴采用C-276(哈氏合金)制造，可在1 200℃環(huán)境下保持高強(qiáng)度、抗腐蝕性以及高耐磨性，能夠保證噴氨區(qū)域持續(xù)均衡。SNCR脫硝噴槍的噴霧角度10°~150。不等，小角度的噴槍穿透能力強(qiáng)．大角度的噴槍覆蓋面積大，噴槍長(zhǎng)度和伸人煙道內(nèi)的噴射點(diǎn)深度也有所不同。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況，采用多種不同角度、不同位置的噴槍，通過CFD流場(chǎng)模擬分析，選用噴霧角度60°、伸人煙道內(nèi)的噴射點(diǎn)深度為0.4 m的噴槍，可以達(dá)到較高的脫硝效率。

3噴槍位置

噴槍位置的選擇是整個(gè)SNCR系統(tǒng)最關(guān)鍵之處，噴槍位置選擇是否合適，直接決定了SNCR脫硝效率的高低。噴槍位置的選擇主要通過CFD流場(chǎng)模擬及安裝溫度傳感器測(cè)試爐內(nèi)溫度分布．確定最佳噴射點(diǎn)，位置如圖5所示。

由圖5可見．噴槍位置選在爐膛和旋風(fēng)分離器之間的一段水平煙道上,通過溫度傳感器測(cè)量該處溫度為850～900℃,為SNCR反應(yīng)的較好溫度范圍。又通過CFD流場(chǎng)模擬，噴槍采用斷面噴射布置方式，水平煙道兩側(cè)共布8支噴槍，每側(cè)4支，對(duì)稱布置，噴槍最大噴射量為150 L/h。4支噴槍在同一豎直方向，位置關(guān)系如圖5所示。噴槍安裝應(yīng)稍向下傾斜．避開火焰處．且必須深入爐內(nèi)一定安全距離。

4氨分析儀取樣位置

SNCR脫硝過程中，控制氨水流量非常重要，既要保證有足夠的氨與NOx反應(yīng)，以降低NOx排放量，又要避免炯?xì)庵刑右葸^量的NH3。過量的氨增加還原劑成本及向大氣排放NH3，此外，過量的氨參與化學(xué)反應(yīng)會(huì)生成硫酸氫銨在空氣預(yù)熱器熱交換表面產(chǎn)生沉積，降低空氣預(yù)熱器效率,在溫度降低時(shí)，硫酸氫銨還會(huì)吸收水分，形成腐蝕性溶液,進(jìn)而腐蝕換熱管。采用氨分析儀對(duì)脫硝出口煙氣中的逃逸氨實(shí)施在線監(jiān)測(cè)顯得尤為重要，本工程安裝一套氨分析儀。

氨分析儀適用工況條件為粉塵含量60 g/m3以下．若粉塵較大，可引起光程減小，煙氣溫度250～450℃．取樣點(diǎn)壓力±0.05 MPa,不能有強(qiáng)烈震動(dòng)。綜合以上幾點(diǎn)，取樣管位置選在省煤器和空氣預(yù)熱器之間的煙道上，如圖6所示。氨分析儀量程為0～15 mg/m3，零點(diǎn)漂移，可自動(dòng)校正，輸入模擬量信號(hào)4～20 mA,數(shù)字信號(hào)傳輸接口220 V, 50 Hz,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)DCS系統(tǒng)處理后，顯示在LCD操作畫面上。

5運(yùn)行效果

SNCR脫硝系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行較為穩(wěn)定，表2為2014年10月16日及24日值班班組運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄。

由表2可見．氨水流量為91.8 L/h,除鹽水流量為275.4 L/h, NH3/NOx摩爾比為1.4，原煙氣NOx含量在178～185 mg/m3時(shí)，脫硝后NOx含量在89～95 mg/m，，達(dá)到了環(huán)保排放及設(shè)計(jì)要求。脫硝效率穩(wěn)定在50%左右，逃逸氨含量?jī)H為1.2～1.8mg/m3，遠(yuǎn)小于HJ563-2010《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性非催化還原法》中規(guī)定的氨逃逸濃度最大允許值8 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。

6運(yùn)行成本分析

SNCR脫硝系統(tǒng)設(shè)備操作維護(hù)較為簡(jiǎn)單，以年運(yùn)行時(shí)間8 000 h計(jì)算，運(yùn)行費(fèi)用如表3所示。

由表3可見．SNCR脫硝費(fèi)用主要包括氨水、除鹽水、電耗、壓縮空氣及人工等費(fèi)用，整個(gè)系統(tǒng)年運(yùn)行總費(fèi)用為74.06萬元，其中氨水費(fèi)用為52.32萬元，約站總費(fèi)用的70%。經(jīng)計(jì)算，SNCR工藝NOx脫除單位成本約為3.86 元/kg，相對(duì)SCR工藝NOx脫除單位成本5.5元/kg要低得多，因此，SNCR脫硝在進(jìn)口NOx含量不高的中小型燃煤鍋爐中具有一定適用性。