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燃煤锅炉SNCR脱硝系统常见问题及对策


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燃煤锅炉 SNCR 脱硝系统常见问题及对策
刘丽梅 , 韩斌桥 , 韩正华
1. 国华北京热电分公司, 北京 [摘 要]
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100025

2. 神华国华( 北京) 研究院有限公司, 简要介绍燃煤电厂选择性非催化还原( SNCR) 脱硝系统和脱硝原理。以某电厂 SNCR 脱硝系统为例, 对实际运行中经常出现的氨分布不均匀、 喷水孔腐蚀、 喷射器喷嘴结垢、 喷射器蒸汽雾化不佳等常见问题的原因进行分析, 并给出解决方法, 如加装蒸汽扰动装

[关



词]

置、 改变尿素喷射器结构及使用条件、 采用除盐水为稀释用水、 保证雾化蒸汽压力等。 燃煤电厂; 锅炉; NO x ; SNCR; 脱硝系统 T H 237 B 1002- 3364( 2010) 06- 0065- 03 10. 3969/ j. issn. 1002- 3364. 2010. 06. 065

[ 中图分类号] [ 文献标识码] [ 文 章 编 号] [ DOI 编 号]

COMMON PROBLEMS APPEARED IN SNCR DENITRIFICATION SYSTEM OF COAL- FIRED BOILERS AND COUNTERMEASURES THEREOF
L IU L imei, H AN Binqiao, H A N Zhenghua
Gu ohua Beijing Thermal Pow er Branch Company, Bei jing 100025, PR C

Abstract: T he select ive non- cat alyt ic reduct ion ( SNCR) denitr if icat ion syst em fo r co al - f ir ed pow er plants and it s w orking pr inciple have been brief ly presented. T aking t he SNCR denit rificat ion sy st em in one pow er plant as example, t he causes leading t o com mon problem s o ccurr ed fr equent ly in pract ical operat ion, such as non- unifor m distr ibution of ammonia, co rrosio n of w ater- sprayins ho les, scaling in spraying nozzles, and bad at omizat ion of spray g uns et c. , have been analysed, and co unt er measures, such as adding st eam ag itat ion syst em , changing w o rk condit ion of the carbamide - spraying g uns, a dopting desalt ed w at er as t he diluent w at er, and ensur ing t he pressure o f at omizing steam et c. , being given. Key words: coal- fired pow er plant; bo iler; NOx ; SNCR; denit rificat ion system 由于选择性非催化还原( SNCR) 脱硝技术 [ 1] 投资 成本较低、 改造方便, 适宜协同应用其它脱硝技术, 因 而在燃煤电厂进行脱硝改造中 得到了一定程 度的应 用。但是, 大型锅炉由于受到炉膛尺寸的影响, 还原剂 在炉 膛 内 较 难 混 合 均 匀, SNCR 的 脱 硝 效 率 低 于 40% 。为此, 本文针对某电厂 SNCR 脱硝系统出现的 问题进行分析并提出解决方案, 旨在提高脱硝改造的 效率。

收稿日期: 作者简介: E- mail:

2010- 01- 11 刘丽梅( 1963- ) , 女, 毕业于北京农业工程大学, 高级工程师, 从事火力发电厂生产管理。 pmh anz h@ yah oo. com. cn

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SNCR 系统

某电厂 H G- 410/ 9. 8- YM 15 型单汽包、 自然循 环燃煤锅炉采用四角切圆燃烧方式, 固态排渣, 平衡通 风, 单炉膛露 天 型布置, 热风送粉。每 台锅炉配 2 台钢球磨煤机, 燃用神华准格尔混煤。该厂锅炉 2007 年陆续加装了 SNCR 脱硝系统。 SN CR 脱硝系统主要包括尿素溶液配制、 在线稀 释和喷射 3 部分。尿素溶液配制及稀释系统如图 1 所 示。尿素溶液配制系统实现尿素储存、 溶液配制和溶 液储存的功能; 在线稀释系统根据锅炉运行情况、 x NO 排放浓度以及氨逃逸情况, 将尿素溶液在线稀释成所 需的浓度后送入炉前喷射系统; 喷射系统实现各喷射 层的尿素溶液分配、 雾化喷射和计量。
图 2 锅炉 SNCR 脱硝用喷射器位置与燃烧器示意

尿素溶液喷射器采用双流体雾化墙式喷嘴, 用蒸 汽雾化低浓度尿素 溶液, 尿素溶液 压力约 0. 3~ 0. 6 M Pa, 雾化蒸汽压力约 0. 3~ 0. 7 MP a。所有墙式喷射 器配有推进与缩回机构, 每层喷射器可单独控制。每 层喷射器母管均配有 1 个供液压力监测表和 1 个溶液 流量计量表。

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SNCR 脱硝原理
SNCR 脱硝工艺实际上是把还原剂如氨气、 尿素

1- 稀释水入口 5- 溶解水管道

2- 稀释水管道 6- 袋装尿素

3- 稀释水泵 7- 溶解池

4- 溶解水入口

8- 尿素溶液输送泵 11- 尿素溶液给料泵

稀溶液等喷入炉膛温度为 850~ 1 100 ! 的区域, 还原 剂迅速热分解出 NH 3 并与烟气中的 NO x 进行反应生 成 N 2 和 H 2 O。该方法以炉膛为反应器, 可通过对锅 炉进行改造实现 SNCR 脱硝。在炉膛 850~ 1 100 ! 的温度范围内, 在无催化剂作用下, 氨或尿素等氨基还 原剂可选择性地还原烟气中的 NO x , 基本上不与烟气 中的 O 2 反应, 其主要反应如下。 以氨为还原剂的反应式为: NH 3 + NOx N2 + H 2O 以尿素为还原剂的反应式为: CO( NH 2 ) 2 2NH 2 + CO NH 2 + NO x CO + NOx N2 + H 2O N 2 + CO2 ( 1) ( 2) ( 3) ( 4)

9- 尿素溶液管道 A

10- 尿素溶液储罐

12- 尿素溶液管道 B 13- 混合器

14- 去喷射系统管道

图 1 尿素溶液配制及稀释系统

在炉膛燃烧区域上部和炉膛出口烟气温度 1 000 ~ 1 150 ! 区域, 分 4 层布置了 49 支墙式尿素溶液喷 射器。第 4 层喷射器在 32 m 标高处, 左、 右墙各布置 1 支, 前墙布置 5 支; 第 3 层喷射器在 28. 5 m 标高处, 左、 右墙各布置 5 支, 前、 后墙各布置 2 支; 第 2 层和第 1 层喷射器分别在 26 m 和 24 m 标高处, 喷射器布置 方式与第 3 层相同。根据锅炉负荷高低调整喷射器层 间组合, 高负荷运行时, 投运上层喷射器; 低负荷运行 时, 投运下部喷射器。一般投运 1 层或 2 层喷射器即 可满足脱硝要求, 其余停运的喷射器退出炉膛以避免 受热损坏。锅炉 SNCR 脱硝用喷射器位置与 燃烧器 如图 2 所示。

当温度过高超过反应温度区域时, 氨就会被氧化 成 N Ox , 反应式为: N H3 + O 2 N Ox + H 2 O ( 5)

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SNCR 脱销存在的问题及对策
由于锅炉空间所限, 存在氨分布不均匀问题。每

3. 1 氨分布不均 66

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支喷射器均有一手动尿素溶液流量控制阀, 每层喷射 器只有 1 个可 远 控 的尿 素 溶 液流 量 调 节总 阀。在 SN CR 装置调试阶段, 各尿素溶液喷射器的流量阀门 开度均被设定好, 在投运期间不再变动, 而只调节各层 的尿素溶液总流量。当实际运行工况与调试工况存在 差异时, 这种相对固定的尿素溶液喷射器控制方式可 能会造成 SNCR 装置区域内的尿素溶液与 NOx 反应 程度不一致, 并导致装置下游烟气中的氨逃逸浓度分 布不均匀。 在热态调试中发现, 锅炉蒸发量低时 ( 210 t / h 与 280 t / h) , 投运第 1 层与第 2 层喷射器 尿素溶液有较 长的蒸发、 热解与反应时间, 尿素利用比较充分, 在尿 素溶液喷射量较高的情况下, 各取样点的氨逃逸浓度 仍低于 1. 8 L/ L, 且比 较均 匀; 在锅 炉蒸发 量高 时 ( 410 t / h 与 450 t/ h) , 因炉膛出口温度较高, 只能投运 位置偏高的第 3 层与第 4 层喷射器, 缩短了尿素溶液 的蒸发、 热解与反应时间, 致使部分尿素的反应不够充 分。 SN CR 装置脱硝效率约为 35% ~ 40% 时, 各取样 点的氨逃逸浓度不均匀, 后侧竖井烟道内的氨逃逸浓 度约 1. 0~ 3. 5 L / L , 而前侧竖井烟道内的氨逃逸浓 度约 8. 0~ 20. 0 L/ L。基于测点位置与数量有限, 无 法判断整个烟道截面上的氨逃逸浓度分布, 但可以推 论, 如果进一 步通过 增加尿 素溶 液的 喷射量 来提 高 SN CR 装置的脱硝效率, 则氨逃逸量将增加且浓度分 布更加趋于不均匀。 针对氨分布不均的问题, 采取了加装蒸汽扰动装 置的措施, 即在锅炉转向室入口右侧包墙过热器竖向 开 5 个孔, 安装蒸汽喷嘴, 用蒸汽扰动烟气而使氨分布 变得均匀。 3. 2 喷孔水冷壁腐蚀 该电 厂 SNCR 系 统 试 运 行 约 4 个 月 后, 出 现 SN CR 喷口附近水冷壁的腐蚀问题, 引起数次锅炉水 冷壁的泄漏, 被迫停炉。通过观察发现, 数次腐蚀泄漏 的水冷壁都呈现如下特征: ( 1) 金属表面没有 腐蚀产 物, 而是呈现或大或小的溃疡状态, 腐蚀管段出现不规 则的坑和沟槽; ( 2) 腐蚀多发生在尿素喷射器安装孔下 方的水冷壁弯管位置。被腐蚀的水冷壁管位置和外观 如图 3 所示。

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图 3 尿素喷射器安装孔下方 水冷壁管腐蚀情况

在 SNCR 喷射系统中, 喷射器采用炉侧厂用高压 蒸汽作为雾化介质, 雾化蒸汽压力为 0. 6~ 0. 9 M Pa, 喷头采用螺纹连接。在试验中发现, 喷射器靠近喷头 附近有尿素液滴间断滴落。初步分析认为, 尿素溶液 液滴直接滴落到喷射器下方的水冷壁上并形成连续液 膜, 因炉内高温环境, 液膜中水分蒸发尿素分解出的甲 铵含量升高( 甲铵溶液具有很强的腐蚀性) 并不断腐蚀 水冷壁管以致泄漏[ 3- 4] 。 因此, 要彻底解决水冷壁的腐蚀问题, 必须解决尿 素喷射器的泄漏问题, 为此采取了如下措施: ( 1) 改进喷射器结构, 将喷射器混合部分设置在炉 外, 优化喷射器的雾化形式, 克服其漏流的缺陷。对原 内混式喷枪进行改造, 通过在混合器后加装套筒来放 大混合空间。投运时将套筒伸入炉膛内, 而混合的部 分置于炉外, 避免因高温和系统起停造成混合器的冷 热偏差, 增加了系统的稳定性。由于混合空间的放大, 喷射器在冷态下的雾化效果和两种介质互相制约的情 形也得到了明显的改善, 尤其是对蒸汽压力的要求也 更加宽泛。 ( 2) 改变喷射器与水冷壁面的夹角, 使喷射器下倾 7?, 同时在保证喷射器不被烧损的条件下增加喷射器 伸进炉膛的深度。 ( 3) 在喷孔下部水冷壁弯管部位加装不锈钢护板, 外部敷耐火塑料, 防止 SNCR 系统启停时喷射器未建 立良好的雾 化状态而出现的漏流与 水冷壁管直接 接 触。 ( 4) 定期对喷射器进行雾化试验( 每 15 天进行 1 次) , 及时更换雾化效果不达标的喷射器。 通过采取以上措施, 彻底消除了尿素喷射器液滴 对水冷壁腐蚀的问题, 治理后未发生过因水冷壁腐蚀 泄漏而停炉的事故。 ( 下转第 70 页) 67

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藻类快速繁殖时采取的措施
某电厂水库原水 6~ 8 月份藻类繁殖异常严重, 导

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原水藻类的生长繁殖会造成 pH 值的异常升高, 从而干扰混凝剂的混凝效果。同时, 沉积繁殖的大量 藻类还会堵塞机械搅拌澄清池所装斜管, 从而影响澄 清池水流状态, 这些因素的综合影响导致夏季原水水 质恶化时机械搅拌澄清池无法正常运行及出水水质恶 化。实例表明, 通过调节原水 pH 值, 提高杀菌剂的投 加剂量, 以及适当提高混凝剂的投加量可明显改善澄 清池的出水水质, 从而可保证夏季原水藻类严重繁殖 时机械搅拌澄清池的正常运行。 [参
[ 1] [ 2]

致澄清池出水水质无法保证, 后续水处理设备无法正 常投运。分析后发现原水藻类生长是造成机械搅拌澄 清池出水水质变差的根本原因, 因此采取了以下措施。 ( 1) 调节原水的 pH 值至 6. 5~ 7. 5, 即先用盐酸调 节原水 pH 值至 6. 5~ 7. 5 之间, 然后再投加混凝剂, 从而改善混凝效果。 ( 2) 提高二氧化氯杀菌剂的投加量, 由 1. 5 mg/ L 增加至 2. 4 mg / L , 以有效抑制藻类繁殖滋长, 并杀死 生长沉积在斜管中的藻类, 改善澄清池的水流状态。 ( 3) 提高混凝剂的投加量, 由原来的 5. 6 m g/ L 增 加至 11. 2 mg/ L, 进一步提高混凝效果。 采取以上措施后, 机械搅拌澄清池出水水质明显 改善, 浊度很 快下降 至正 常运行 水平 2 FT U 以 下, CODM n 含量也有所降低, 生长在机械搅拌澄清池斜管 中的藻类大量死亡( 死亡的藻类飘浮至清水区水面上 予以去除) , 设备出水量及出水水质均能满足后续补给 水处理设备的正常运行要求, 从而保证了全厂除盐水 的正常供给。 ( 上接第 67 页) 3. 3 喷射器喷嘴结垢堵塞 SN CR 技术一般采用液体雾滴喷射的方式。因为





献]

王占生, 刘文君. 微污染水 源饮用水 处理[ M ] . 北京: 中国 建筑工业出版社, 1999: 14, 176, 178- 181. 王彩虹, 牛晓君, 周 兴求. 不同 条件 下沉积 磷释 放到 水体 中化 学 行 为 的 模 拟 研 究 [ J] . 四 川 环 境, 2006, 25 ( 1) : 20- 22.

[ 3] [ 4]

何淑英, 徐亚同, 胡宗泰, 等. 湖泊 富营养化的 产生机 理及 治理技术研究进展[ J] . 上海化工, 2008( 2) : 1- 5. 钱达中. 发电厂水处理 工程[ M ] . 北京: 中国电 力出版 社, 1998: 30- 31.

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这种方法工艺成熟, 能够利用喷射溶液的液体雾滴大 小调节液体雾滴的蒸发时间。若增加蒸发时间, 则有 利于尿素穿透炉膛, 提高脱硝效率。由于某电厂尿素 溶液稀释用水采用工业水, 造成喷嘴结垢堵塞, 使喷射 器雾化效果不良。为此, 将尿素的稀释用水改为除盐 水( 从除盐水母管引出) 。实践证明, 将除盐水作为尿 素稀释用水后, 未发生过喷射器喷嘴结垢堵塞问题。 3. 4 喷射器蒸汽雾化不良

燃煤锅炉 SNCR 脱硝系统投运后, 烟气中的氨分 布不均匀, 且在负荷较高时尤为明显。如进一步提高 氨分布的均匀性, 对提高 SNCR 系统的脱硝效率会有 更积极的意义。尿素溶液具有较强的腐蚀性, 为防止 喷射器泄漏的尿素溶液对水冷壁管的腐蚀, 运行中应 采取必要的 措施, 杜绝 尿素喷射器漏 液情况的发生。 通过对稀释水品质、 雾化蒸汽压力的控制, 能够保证良 好的喷射器雾化效果, 提高 SNCR 脱硝系统的可靠性。

喷射器雾化蒸汽管道采用 d57 mm 不锈钢管, 经 分析认为该管路较细, 沿程阻力损失较大造成喷射器 前雾化蒸汽压力低, 且同层喷射器压力递减较多, 致使 雾化效 果不 好。为 此, 将蒸 汽雾 化母 管管道 更换 为 d89 mm 不锈钢管, 保证了蒸汽压力, 使喷射器的雾化 效果达到设计要求。

[参
[ 1] [ 2] [ 3] [ 4]





献]

朱江涛, 王晓 晖, 等. SN CR 脱硝 技术在 大型煤 粉炉 中应 用探讨[ J] . 能源研究与信息, 2006, 22( 1) . 胡浩毅. 以尿 素为还 原剂 的 SN CR 脱硝 技术在 电厂 的应 用[ J] . 电力技术, 2009( 3) . 陈庆坦. 尿素 设备的 腐蚀 与防护 [ J] . 石油 化工 腐蚀 与防 护, 1999, 16( 3) . 解植记. 大氮 肥尿素 装置 的腐蚀 与防 腐蚀[ J] . 石油 化工 腐蚀与防护, 1994 ( 4) .

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