张洋洋
（冀中能源股份有限公司，河北 邢台 054100）
章村电厂一台130 t循环流化床锅炉为低氮燃烧锅炉，初始氮氧化物浓度较低，初始采用了投资较少，脱硝效率较低的SNCR脱硝工艺，氮氧化物排放稳定控制在60 mg/m3左右。按照国家“推进钢铁、焦化行业超低排放改造和燃煤电厂深度减排改造，着力减少污染物排放，实现重点行业绿色发展”文件，要求燃煤电厂锅炉在基准含氧量6%的条件下，氮氧化物排放浓度≤30 mg/m3，现状氮氧化物浓度已不能满足当前环保标准。通过反复调研论证，通过采用SNCRz汽化脱硝技术，利用原有SNCR尿素稀释和输送公用系统，增加尿素-蒸汽混合器、喷枪、调节阀等设备，不仅实现了深度改造，而且经济效益显著。
SNCR脱硝技术对温度区间的要求比较苛刻，为800～950℃，所以循环流化床锅炉一般将SNCR脱硝系统布置在锅炉炉膛出口至旋风分离器入口的拐弯烟道内。且该SNCR脱硝系统控制方式比较单一，只能通过加大尿素使用量来降低氮氧化物排放浓度，同时，因系统反应效率最高在60%左右，即使尿素溶液加大投入量，也满足不了深度减排的要求，反而因尿素溶液的过多投入导致电厂烟气氨逃逸数值较高，引起二次污染，造成锅炉尾部受热面堵塞。
SNCRz汽化脱硝技术很好地解决了以上问题，且氮氧化物脱除效率达到90%以上，其核心原理是还原剂（尿素或氨水）通过蒸汽激波进行汽化后，直接喷入合适温度区域（800～1 100℃），其中的氨与炉膛烟气中的NO发生化学反应,还原出N2和水，水由液态转化成气态，没有化学变化，但它起到了分散剂的作用。同时，水蒸气与炽热的碳也发生化学反应，生成的CO可作为还原剂，与一氧化氮发生化学反应，整个SNCRz雾化脱硝技术的化学反应式如下：
从以上可以看出，水蒸气在合适温度的条件下也可以作为还原剂参与氮氧化物去除反应，水蒸气辅以少量的尿素则可以实现深度脱硝。
SNCRz汽化脱硝系统中，尿素和蒸汽的混合气体是以气态的形式喷入锅炉的，而传统的SNCR脱硝技术是以压缩空气雾化尿素溶液为较小的液滴喷入锅炉，气态形式的混合气体较液态的尿素溶液更具活性，参与化学反应速度更快、反应更充分。
现以章村矿电厂为例，针对锅炉的炉膛燃烧工况、温场分布、氮氧化物产生浓度等参数，在炉膛喷枪布置和喷头设计上，结合锅炉运行现状，以喷射面积、尿素汽化效果、脱硝效率为主题，考虑到章村矿电厂水平烟道烟气混合均匀且反应温度适中，除在炉膛布置3层喷枪以外，又在水平烟道布置了一层喷枪，并且选择了适合其几何形状与流场的扇形喷头，不同于炉膛布置的锥形喷头。从理论分析到模拟实验，最终得到锅炉的最佳设计方案。
（1）采用SNCRz技术在锅炉原脱硝设备的基础上对脱硝系统进行升级改造，对混合器进行安装，在锅炉侧面布置上、中、下3层喷嘴，水平烟道布置了一层喷嘴，布置层位置选择和喷嘴数量选择根据锅炉炉膛形状尺寸结合喷射面积进行优化确定，炉膛安装了36（3×12）个喷头，水平烟道为7个喷头。
（2）对锅炉燃烧系统、返料系统进行了优化。
（3）安装流量测点（蒸汽、尿素溶液）、温度测点、压力测点、电动调节门（蒸汽、尿素溶液）。
（4）各层可实现单独控制，每层内各喷枪安装控制门，便于检修维护。
（5）安装的测点及控制部分引入电厂中控DCS系统，实现氮氧化物排放的自动控制，根据设定的氮氧化物排放数值控制各调节门的开度，从而实现对氮氧化物排放数值的精准控制。
（6）新装SNCRz系统独立于原SNCR系统，设计时考虑2个系统的独立性和兼容性，2套系统能同时运行，当SNCRz系统出现故障时，原SNCR系统能单独正常运行，且效率不得低于原SNCR脱硝效率。
3.1 施工工期短不影响锅炉主体结构
因采用高压蒸汽喷射尿素，喷枪管径减小，可轻松通过水冷壁间隙，不会产生改变炉体结构，因此施工工期大大缩短，利用锅炉大修或中修期间就可完成喷枪的布置和安装。而不会影响锅炉安全运行和热效率。而SCR脱硝工艺需要在省煤器后安装至少2层催化剂，改变了烟道主体结构，增加烟道阻力，影响锅炉安全运行和热效率。与最初选择的投资约1 350万元的臭氧脱硝技术方案相比，SNCRz脱硝深度治理工程节省了833万元，另有臭氧脱硝会在原SNCR脱硝基础上再增加更高的运行费用，由此充分体现了SNCRz脱硝工艺经济性。
3.2 实现自动动态调整
将SNCRz脱硝系统关键参数并入锅炉DCS集散自动控制系统中，充分利用DCS强大的运算、调节功能，采用变频技术，根据氮氧化物排放浓度、锅炉运行工况自动调整蒸汽压力和尿素溶液的喷射量，实现了SNCRz脱硝设施稳定、达标和经济运行，并减轻了运行人员的劳动强度。
电力行业目前主流脱硝技术是SNCR和SCR脱硝技术，臭氧脱硝技术由于运行成本高，现电力行业应用较少，SNCRz脱硝技术是SNCR脱硝技术的升级版，是一项新的脱硝技术，脱硝效率达到90%以上。SNCR脱硝技术投资低，但脱硝效率低，最高在60%左右，运行成本高，无法实现氮氧化物超低排放，且产生氨逃逸，尾部受热面容易出现堵塞现象，影响锅炉安全运行；
SCR技术脱硝效率可达到90%以上，但投资大，施工周期长，需改变锅炉主体结构，影响锅炉运行效率，且要定期更换价值不菲的催化剂（属于危废）；
而采用SNCRz脱硝技术，投资低，脱硝效率丝毫不低于SCR技术，并且工期短、运行成本低、运行稳定、调控方便，在国内脱硝行业属于先进水平。章村矿电厂和东庞矿电厂为河北省此项脱硝新技术使用的首次成功深度脱硝项目，随着SNCRz技术应用日渐成熟，或许凭借脱硝效率高、投资低、无二次污染和运行成本低的优势，在脱硝市场会很快取代SNCR，甚至SCR脱硝技术（氮氧化物初始浓度不高的情况下）。
SNCRz汽化脱硝技术在章村矿电厂得到成功应用，通过现场反复调试，均达到最佳运行状态，经第三方监测，氮氧化物稳定控制在30 mg/m3以内，满足最新的环保深度减排要求。SNCRz脱硝系统充分利用原脱硝系统尿素稀释和输送环节，节省了投资，在大幅度降低氮氧化物浓度满足新的超低排放要求的同时，与传统脱硝系统相比，设施运行稳定，减少运行费用，经济效益明显。
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