摘 要：近年来，循环流化床（CFB）锅炉以其与煤粉锅炉相当的燃烧效率、低廉的脱硫成本、极低的氮氧化物排放水平以及广泛的燃料适应性而得到迅猛发展。循环流化床因其低热燃烧和分段燃烧的特点，能够有效的控制二氧化碳的排放量，随着环保法规对电厂排放的要求越来越严格，因此循环流化床锅炉采取正确的措施使氮氧化物排放量的进一步降低是很有必要的。这篇文章以某电厂三期工程（甲厂）300MW循环流化床锅炉为例，针对目前煤电市场的变化，循环流化床锅炉的燃用煤种为非设计煤种，导致氮氧化物的排放量远超国家规定，对CFB锅炉上进行SNCR脱硝技术研究，在CFB锅炉脱硝改造中，通过对SCR和SNCR的方案进行对比和研究，确定以尿素作为作为还原剂的SNCR脱硝方案，能够有效降低氮氧化合物的排放。通过实践证明，通过脱硝改造，可以有效地降低氮氧化物的排放浓度，有利于保护环境且获得更高的经济效益。
关键词：SNCR；脱硝；循环流化床；氮氧化物
现如今，随着我国经济的不断发展，对于煤电行业的需求越来越大，导致氮氧化合物排放过多，对环境和空气造成了污染。从氮氧化合物的排放来源来看，火电是最大排放源，约占总排放源的40%。氮氧化合物的大量排放不仅会影响经济效益，还会对环境造成很大的威胁，氮氧化物对人类和动物都会产生制毒作用，还可能形成酸雨、酸雾等现象，还会破坏臭氧层。正因为如此，解决氮氧化合物排放过多，是我们要解决的首要问题，通过实验研究表明，脱硝改造可以有效地降低氮氧化物的排放浓度。有利于企业获得更高的经济效益并能够对环境造成保护减少有毒物质的排放，现以某电厂三期工程300MW循环流化床锅炉为例（甲厂），并对CFB锅炉SNCR脱硝改造的效果进行评价分析，提出供大家参考的优化措施。
一、循环流化床锅炉概况
1.1设备概况。甲厂2*300MW循环流化床燃煤机组与2010年建成投资，形式：上锅，SG-1036/17.5-M4506。循环流化床的主要构成是由炉膛、旋风分离器、回料装置、过热器、再热器、省煤器、空预器、给煤系统、出渣系统、电除尘等部分组成。其中，循环系统是由炉膛、旋风分离器和回料装置组成。
1.2炉膛布置。锅炉本体是由钢架结构构成，依次布置炉膛，旋风分离器以及尾部烟道。物料循环系统是由炉膛、旋风分离器和回料装置组成的，附属设备包括风帽、高压流化风机，用于实现物料循环。炉膛内布置高温过热屏障，高温再热屏以及水平蒸发屏等受热面。尾部烟道为竖井布置，分为前后烟道，由隔墙包覆过热器隔开。前烟道布置低温再热器，后烟道布置低温过热器以及二级省煤器。最后，两侧烟气经包覆墙环形下集箱汇集后依次进入一级省煤器及空预器。过热器系统设置两级喷水降温，再热气温可通过烟气挡板调节。1.3NOX形成的原因。在火电厂锅炉燃烧过程当中，不可避免会生成NOX。主要有3类：热力型、瞬时型和燃料型，现将各类型展示如下：（1）热力型，燃料在高温燃烧的过程当中，空气中的N和O产生化学反应，生成NO和NO2。因为一氧化碳和二氧化碳几乎只在1300摄氏度的高温下才形成所以成为NOX，热力型的NOX生成速率与燃烧密度有紧密的关系，燃烧温度越低，热力型的NOX生成量越少，在流化床锅炉中，由于床温较低只有800-900摄氏度，生成的热力型NOX较少，可以忽略不计。（2）快速型，快速型NOX的形成需要燃料中的碳氢化合物在充分燃烧的情况下，与空气中的N2发生反应形成NO。快速型的NOX受床温影响很小，只有在氧气浓度较低且CH浓度较高的时候才能够产生快速型NOX。所以在循环流化床锅炉中，这种类型的NOX生成量非常少，可以忽略。（3）燃料型。燃料型指的是煤在燃烧过程中，煤中的氮化合物和分解氧生成NOX，即是燃料型NOX。由挥发N和焦炭N构成，在循环流化床锅炉燃烧的条件下，70%左右的挥发N和焦炭N被氧化成NOX。其NOX产生量占循环流化床锅炉产生总量的95%。（4）二氧化碳的形成。在燃料燃烧过程中，挥发分氮主要以HCN和NH3的形式存在，其以均相反应，迅速氧化成一氧化碳、二氧化碳和NOX。焦炭氮的存在形式较为复杂，其最终随着燃烧的进行，生成二氧化碳和NOX。随着床温的不断增加，挥发份氮转化为二氧化碳的比例逐渐降低，转化为一氧化碳的比例逐渐升高。一般而言随着过量空气系数的增加，循环流化床锅炉一氧化碳和二氧化碳的生成量都会增加，而且一氧化碳的升高幅度高于二氧化碳。
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二、CFB锅炉SNCR脱硝方案
2.1脱硝技术在企业应用的现状。目前大多数企业还是选择脱硝技术用于循环流化床锅炉，虽然脱硝技术投资大成本高，但在追求经济效益和环境效益的问题上，不少企业充分的认识到环保的重要性，引进了脱硝技术，极大提升企业形象，正因为如此，脱硝工程的建设与实施是非常有必要的。2.2SNCR脱硝技术的特点。（1）在不采用脱硝技术的情况下，排放的NOX浓度应该为300mg/NM3,在采用SNCR的情况下，排放浓度为90mg/NM3,理论上来讲采用SNCR能够达到大于70%的脱硝效率，这个数值意味着满足当前的需求和更为严格的环保标准。（2）SNCR操作较为简单，不需要单独的反应器和催化剂，只需要从锅炉旋风分离器口倒入还原剂即可，不需要对锅炉本体造成较大改动。（3）SNCR不会因为锅炉受热而对锅炉下有设备造成腐蚀，且不会对锅炉效率和排烟温度造成较大影响。
2.2资料与实践对比。因煤电市场变化，甲厂采购了大量的印尼煤，印尼煤为非设计煤种，印尼煤的特点主要体现在高挥发分、低灰分等特性，使用印尼煤会导致氮氧化合物排放浓度升高。目前甲厂实际燃料为印尼煤，热力值在3800-4100kcal/kg，收到基灰为4-5%，假设床温为800摄氏度。通过最终实验结果表明，在额定负荷NOX出现的最大排放值是280mg/NM3，实际操作中NOX经常为130-280mg/NM3左右。本次脱硝改造入口NOX浓度按照300mg/NM3，出口按90mg/NM3考虑，脱硝效率为70%。2.3脱硝装置的优点。首先能够保证脱硝效率不低于70%，其次脱硝装置可用率不小于98%。现汇集脱硝装置优点如下：（1）操作便捷，节能环保（2）不需要任何催化剂（3）对锅炉机组效率影响小（4）还原剂选择范围广（5）脱硝效率高。循环流化床锅炉的燃烧温度一般为850-1050摄氏度，为SNCR脱硝工艺提供了最佳的条件，同时由于循环流化锅炉的NOX排放量远少于传统锅炉，所以选择脱硝效率一般，占地面积小，工程造价和运行成本较低的SNCR工艺就可以完全满足本工程脱硝的需要。
三、SNCR脱硝系统性能测试
3.1对SNCR脱硝系统性能测试的目的。本次性能测试为甲厂CFB锅炉脱硝系统改造后的检查效果，通过不同工况的性能测试，检验脱硝系统的各项数据、经济以及是否达到环保要求，并分析解决存在的问题。
3.2实验内容和方法。采用网格法，在SNCR出口分别测量一氧化碳和氧气的浓度。采用单点法，在旋风分离器入口分别测量一氧化碳和氧气的浓度。在SNCR出口用代表点法进行NH3的取样，分析得出NH3的浓度。
3.3最终结果。CFB锅炉在正常工况负荷范围内，CFB锅炉的脱硝效率为75%，氮氧化合物的浓度低于140mg/Nm3，氨逃逸浓度低于7.5ppm，完全符合环保排放要求。
四、结束语
通过一系列实验表明，在300MW时成功脱硝率高于75%，出口氮氧化合物浓度为68.82mg/NM3，氨逃逸率为3.51/6.29ppm，年排放量可减少2690吨，两台300MW循环流化床锅炉的SNCR改造费用约为1800万但改造完成后每年约能获得1845万的年收益。本文通过研究SNCR在200MW循环流化床锅炉上的应用，得知SNCR脱硝系统在高负荷阶段脱硝效率有不俗的表现，虽然脱硝小效率随着负荷降低而降低，但仍然符合环保要求。通过本项实验研究我们得知，使用SNCR脱硝技术能够获得较好的经济效益，并且有利于环境保护减少氮氧化合物的排放量，预计年氮氧化合物排放量大量减少能够有效改善周围环境，为社会效益和环保效益做出一定贡献。
参考文献：
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[2]万淑娟.浅谈国内燃料烟气脱硝现状[J].黑龙江环境通报，2014,38（2）：1-3.
[3]刘爱成.循环流化床锅炉SNCR脱硝技术探讨[J].应用技术，2013，（1）：63-64.
论文作者:杨育乐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/6
标签：锅炉论文; 流化床论文; 氧化碳论文; 浓度论文; 燃料论文; 炉膛论文; 排放量论文; 《电力设备》2018年第12期论文;