低氮燃烧加SNCR脱硝技术改造在神木公司的应用

方案

3.1 性能要求

综合分析国内外相关的低NOx燃烧技术，对于本工程通过燃烧技术的升级改造，要求达到如下性能要求：

（1）NOx排放浓度控制在350mg/Nm3；

（2）锅炉效率降低绝对值不超过0.5%；

（3）不引起锅炉结渣与高温烟气腐蚀；

（4）不改变锅炉最大出力，保证主汽温及压力在正常范围。

3.2 工艺方案

针对中电国华神木发电有限公司锅炉的燃烧技术与锅炉性能现状，燃烧技术改造方案（如图1）。

低NOx燃烧器改造方案的思路是在保持锅炉原四角切圆直流燃烧器设计原则不变的前提下，充分利用原燃烧器的优点，合理增加布置SOFA风，改进其它燃烧器喷口结构，以达到基本保持原有飞灰含碳量、炉渣含碳量、锅炉效率不变、锅炉蒸汽参数稳定、NOx排放量下降的目的，具体如下：

（1）沿高度方向上二次风进行重新分配，增设三层高位燃尽风，燃尽风总量在30%左右，燃尽风取自左右侧两个大风箱。这三层燃烬风分隔布置，逐步进入炉内燃烧。燃烬风结构上可实现上下左右摆动，运行时通过喷口摆动角度的调整，达到一最佳效果。

（2）对一次风喷口进行调整，采用水平浓淡燃烧技术。煤粉浓淡分离器将大部分煤粉分离到浓侧，实现燃烧前期的氧量控制，使得挥发份氮转化为N2，从而降低挥发分NOx的生成；淡侧煤粉量很少，空气系数较高，煤粉热解过程温度相对较低，挥发份N向NOx的转化率也将降低。

（3）对一、二次风切圆直径进行优化，实现径向空气分级燃烧。合理的一、二次风射流夹角除了可以控制NOx生成，还可以在炉内形成“风包粉”的燃烧效果，既可以保证稳定燃烧，又能降低水冷壁高温腐蚀风险，并防止水冷壁结渣。

（4）在一次风喷口周围新增周界风喷口，并且偏置周界风喷口，向火侧周界风量较小，背火侧周界风量较大，可以在水冷壁附近形成局部富氧环境，降低水冷壁结焦风险。同时周界风喷口与一次风煤粉射流成一定夹角，可以起到防止煤粉冲刷水冷壁、保护喷口，调节着火距离以及实现细部空气分级的作用，对控制NOx排放有利。

通过以上技术措施，保证锅炉NOx排放达到改造要求，同时锅炉效率不降低，蒸汽参数正常，锅炉运行稳定。

3.3 电气、仪表及控制系统

（1）电气系统。低氮燃烧改造系统用电负荷主要包括新增风门执行机构及仪表。现场从DCS间铺设电源线，为新增加的设备提供电源。压力变送器、电动执行器反馈信号、分析仪表采用4-20mA信号送至电厂原DCS系统。执行器给定信号接受原电厂DCS 4-20mA信号。

（2）控制系统。低氮燃烧改造控制系统的自动监测与控制进入电厂DCS系统，可以在DCS上面实现对风门执行机构和SOFA喷口上下摆动的自动调节，运行参数自动检测和储存，使系统实现自动控制。操作人员通过键盘、鼠标就能完成风门执行系统的开关操作，并实时监视烟气分析数据。整个系统受电厂原DCS系统控制。

4 SNCR改造方案

4.1 性能要求

通过低NOx燃烧器将NOx降低到约350mg/Nm3基础上，可采用SNCR装置将NOx降低到约200mg/Nm3，脱硝效率约43%，同时要求氨逃逸浓度小于10μL/L，对锅炉效率的影响低于0.5%。

4.2 工艺设计参数

针对中电国华神木电厂2台锅炉的NOx排放现状与NOx控制要求，SNCR装置与低NOx燃烧器相结合时的初步设计参数（如表3）。

4.3 工艺布置

考虑到炉膛截面尺寸为9.98×9.98m，SNCR只采用墙式喷枪就能有效保证还原剂与烟气的充分混合，SNCR合适的反应温度在870～1150℃之间，根据炉膛温度分布的特点，合适的温度区间大概在锅炉折焰角附近，同时为了满足锅炉负荷变化时炉膛温度的变化，SNCR墙式喷枪应多层布置（SNCR喷枪布置示意图3）

根据SNCR喷枪布置示意图，可分3层布置，以满足不同负荷下SNCR反应所需，实际投运时，一般只投运1层，喷射层的高度要根据低NOx燃烧器改造后的炉膛温度场再决定。根据现场勘查，折焰角上下的炉壁安装条件较好，前后左右侧均可以布置喷枪，每层建议布置9～15支喷枪，单台锅炉约布置34支喷枪。SNCR采用墙式喷枪就能有效保证还原剂与烟气的充分混合，SNCR合适的反应温度在870～1150℃之间，根据炉膛温度分布的特点，合适的温度区间大概在锅炉折焰角附近，同时为了满足锅炉负荷变化时炉膛温度的变化，墙式喷枪采用气力雾化方式，雾化粒径的大小可通过调整雾化介质的压力进行调整，雾化介质既可以采用压缩空气，也可以采用低压蒸汽。通过调整喷枪的喷枪动量、流量及雾化压力来实现不同负荷工况下粒径的穿透深度，从而促进还原剂与烟气的混合，提高脱硝率，降低NH3逃逸。

SNCR烟气脱硝系统主要还原剂为工业尿素，由还原剂储存供应系统、稀释水系统、流量控制系统和喷射系统四个系统满足要求。

5 实际运行效果

神木公司于2014年10底完成了两台锅炉NOx燃烧改造和SNCR改造，根据机组不同运行工况分析：在110MW时，锅炉低氮燃烧投运，喷氨系统停运时，空预器入口处平均烟气温度为410.5℃，NOX平均浓度为181.0mg/Nm3（标态、干基、6%O2 ）；喷氨系统投运后，实测空预器入口处平均烟气温度为431.9℃，NOX平均浓度为124.1mg/Nm3（标态、干基、6%O2），脱硝效率为31.4%，NH3逃逸率2.10mg/m3。在100MW时，锅炉低氮燃烧投运，喷氨系统停运时，实测空预器入口处平均烟气温度为410.5℃，NOX平均浓度为195.0mg/Nm3（标态、干基、6%O2 ）；喷氨系统投运后，实测空预器入口处平均烟气温度为418.8℃，NOX平均浓度为123.3mg/Nm3（标态、干基、6%O2），脱硝效率为36.8%，NH3逃逸率0.76mg/m3在。80MW时，锅炉低氮燃烧投运，喷氨系统停运时，实测空预器入口处平均烟气温度为363.2℃，NOX平均浓度为189.5mg/Nm3（标态、干基、6%O2 ）；喷氨系统投运后，实测空预器入口处平均烟气温度为418.8℃，NOX平均浓度为104.6mg/Nm3（标态、干基、6%O2），脱硝效率为44.8%，SNCR退出运行。

6 结语

通过对神木公司两台锅炉低NOx燃烧加SNCR脱硝技术改造，从三个工况测试结果看，锅炉效率较前有所提高，正常运行下空预器入口的浓度基本被控制在200mg/Nm3以内，各工况下出口NOX排放浓度均满足国标和设计指标要求（设计不大于190mg/Nm3），脱硝效率基本达到设计要求，NH3逃逸率2mg/m3左右，脱硝改造总体达到设计要求。

参考文献：

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[2]朱江涛，王晓晖，田正斌，闕勇明.SNCR脱硝技术在大型煤粉炉中应用探讨[J].能源研究与信息，2006（01）.

[3]杨日光，韩利，杨涛，刘强.燃煤电厂脱硝新技术研究进展[J].东北电力大学学报，2010（02）.